Capítulo 39. Tejidos, órganos y sistemas de los vertebrados

21/03/2011
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Capítulo 39. Tejidos, órganos y sistemas de los vertebrados
En este c apítulo, c onsideraremos los principios que rigen la anatomía y fisiología de los vertebrados. Usaremos al Homo
sapiens como organismo representativo.
Los vertebrados, inc luido el Homo sapiens, presentan una serie de característic as distintivas. Entre ellas, un
endoesqueleto óseo articulado -inc luidos un c ráneo y una c olumna vertebral que c ontienen el sistema nervioso c entral y un celoma dividido por el diafragma en dos c ompartimientos principales: la c avidad abdominal y la c avidad torác ic a.
Las células del cuerpo de los vertebrados están organizadas en tejidos, grupos de c élulas que desempeñan una misma
func ión. Los cuatro tipos princ ipales de tejidos que c onstituyen el c uerpo de los vertebrados son: el tejido epitelial, el
conectivo, el musc ular y el nervioso.
Diferentes tipos de tejidos, unidos estruc turalmente y coordinados en sus ac tividades, forman órganos los que, a su vez,
trabajan juntos en forma integrada y c onstituyen el nivel de los sistemas de órganos. Bajo este tipo de jerarquía
interactiva se halla uno de los principios más profundos de la biología. La estructura y los proc esos reguladores de los
organismos más c omplejos son de forma tal que las partes sirven al todo y el todo a las partes.
Hay c uatro funciones esenciales que permiten la c ontinuidad de la vida de un animal multicelular. La obtención de
alimento que debe ser obtenido y proc esado de modo de producir moléc ulas que puedan ser utilizadas por las c élulas
individuales; el mantenimiento de un c ierto nivel de homeostasis en el ambiente interno; la c oordinac ión de las
contracc iones de los músculos esqueléticos en respuesta a cambios en los ambientes interno y externo y la
reproduc ción.
Características del homo sapiens
El ser humano es un vertebrado y, como tal, tiene un endoesqueleto óseo, articulado, que soporta al c uerpo y c rece
juntamente c on él. El c ordón nervioso dorsal (la espina dorsal) está rodeado por segmentos óseos -las vértebras-, y el
cerebro está encerrado dentro de una c aja protec tora, el cráneo.
Como en otros vertebrados -y en la mayoría de los invertebrados también- el c uerpo humano c ontiene un celoma -una
cavidad que se forma dentro del mesodermo del embrión durante su desarrollo-. En los humanos y en otros mamíferos, el
celoma está dividido en c ompartimientos, de los cuales los dos más grandes son la cavidad torácica y la c avidad
abdominal
Los hum anos, al igua l que otros ve rte brados, se caracte rizan po r un siste m a ne rvioso ce ntral dorsal conte nido e n las vé rte bras y e n e l cráne o.
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Estas c avidades están separadas por un músc ulo con forma de bóveda: el diafragma. La cavidad torácica c ontiene el
corazón, los pulmones y el esófago (la porc ión superior del tubo digestivo). La cavidad abdominal c ontiene un gran
número de órganos, inc luidos el estómago, los intestinos y el hígado.
Los seres humanos somos, por supuesto, mamíferos. Una de las característic as más sobresalientes de los mamíferos es
que son endotérmic os es decir, generan c alor internamente y así mantienen una temperatura c orporal alta y
relativamente c onstante.
Los mamíferos tienen otras c arac terístic as importantes. Tienen pelo o piel en lugar de esc amas o plumas, y también
sistemas altamente desarrollados por medio de los cuales pueden rec ibir y procesar la información que reciben del
ambiente y reac cionar frente a ella. Todos los mamíferos (excepto los monotremas) dan a luz a sus crías vivas, lo que es
diferente de poner huevos, c omo lo hac en todas las aves y la mayoría de los pec es, anfibios y reptiles. Los mamíferos
amamantan a sus crías, proc eso que implic a un período relativamente largo de c uidado parental lo que favorece c iertos
tipos de aprendizaje. Esto es diferente de lo que ocurre c on la mayoría de los insectos y con casi todas las espec ies de
peces, anfibios y reptiles, en los cuales la progenie es independiente desde el mismo momento en que nac e del huevo.
Células y tejidos
El cuerpo de un vertebrado, al igual que el de todo organismo multic elular complejo, está c onstituido por una variedad de
células diferentes especializadas. Las c élulas están organizadas en tejidos, que son grupos de c élulas que llevan a cabo
una func ión unific ada. Diferentes tipos de tejidos, unidos estructuralmente y c oordinados en sus actividades, forman
órganos, c omo el estómago o el c orazón. Se pueden distinguir aproximadamente 200 tipos diferentes de células en el
cuerpo humano, que se suelen c lasificar en sólo cuatro tipos de tejidos: epitelial, conec tivo -o conjuntivo-, musc ular y
nervioso.
El tejidos epitelial c onstituye una cubierta para el cuerpo y sus c avidades. Los tejidos epiteliales se c lasifican de acuerdo
con la forma de las c élulas individuales en escamoso, c uboide y c olumnar o prismático. Pueden estar formados por una
sola c apa de c élulas (epitelio simple), como el del revestimiento interno del sistema circ ulatorio, o por varias c apas
(epitelio estratific ado), como el de la c apa externa (epidermis) de la piel. Diversas uniones entre células mantienen la
integridad del tejido epitelial.
Las unione s e ntre las cé lula s e pite liale s ve cinas m a ntie ne n la inte gridad e structural de l te jido.
a) Los desmosomas (macula adherens) unen c élulas contiguas.
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b) La unión estrec ha (zonula oc ludens) sella herméticamente las c élulas y evita que intercambien sus contenidos.
c) Esquema de los tres tipos de uniones c élula-célula. Los desmosomas, las uniones estrechas e, interpuesta, la zonula
adherens. Dentro de c ada célula, un haz c ontrác til de filamentos de ac tina c orre en forma adyac ente a la zonula
adherens, paralelo a la membrana plasmátic a a la cual está unida a través de un complejo de proteínas intrac elulares.
El tejido conectivo incluye distintos tejidos c on propiedades func ionales diversas y c on c iertas c aracterístic as comunes.
Los tejidos conec tivos reúnen, dan apoyo y protegen a los otros tres tipos de tejido.
Las células de los tejidos conec tivos están separadas unas de otras por grandes c antidades de material extracelular que
conforman la matriz, que fija y soporta al tejido. La matriz extrac elular está formada por polisac áridos y proteínas
sec retados loc almente que forman una intrincada red. La sustancia fundamental, visc osa y amorfa, es el principal
componente de la matriz. La matriz también contiene fibras.
Los tejidos conec tivos se agrupan según las c arac terísticas de su matriz extracelular. Todos presentan una poblac ión
relativamente estable de c élulas, principalmente fibroblastos y mac rófagos. Los fibroblastos, más abundantes, sintetizan
las fibras y los glúcidos c omplejos de la sustancia fundamental que c onforman la matriz. Los mac rófagos fagoc itan
células y partíc ulas extrañas y participan también en la respuesta inflamatoria. Por otra parte, hay adipoc itos, c élulas
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espec ializadas en el almacenamiento de lípidos. También hay células "de paso" por el tejido conec tivo; entre ellas,
linfocitos, plasmocitos, neutrófilos, eosinófilos, basófilos y monoc itos.
Los princ ipales tejidos conec tivos, de ac uerdo al volumen que oc upan en el cuerpo humano, son: el sanguíneo, el
linfático y el óseo.
En los tejidos c onectivos sanguíneo y linfátic o, que inc luye la sangre y la linfa, la matriz extrac elular es un fluido ac uoso
-el plasma- que c ontiene numerosos iones y moléc ulas, además de varios tipos de células espec ializadas, entre las que
encuentran las de transporte y de defensa. Estas células pueden circular a través del c uerpo por la matriz fluida.
En el tejido c onec tivo óseo, la matriz extrac elular del hueso, por c ontraste, está impregnada c on c ristales duros de
compuestos de calc io que le otorgan gran rigidez y dureza. Esto permite al tejido óseo proporcionar sostén al cuerpo. Sin
embargo, al igual que otros tejidos c onectivos, el hueso es materia viva y está formado por c élulas, fibras y sustanc ia
fundamental
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Un hue so largo: e l fé m ur.
a) Los extremos de los huesos largos, como este fémur, están formados por hueso esponjoso en el c ual hay grandes
espac ios rodeados de hueso compacto. La c aña, hueca, se c ompone de hueso compac to. A lo largo de la parte central
de la c aña, se extiende una c avidad que c ontiene la médula ósea. La médula de los huesos largos es amarilla por la grasa
que almac ena. El periostio es una vaina fibrosa que c ontiene los vasos sanguíneos que suministran oxígeno y nutrientes a
los tejidos óseos. Los vasos sanguíneos surgen del hueso a través de aberturas conocidas c omo c analíc ulos nutrientes.
b) Los huesos son órganos vivos formados por tejido c onjuntivo, tejido nervioso y tejido epitelial que reviste los vasos
sanguíneos situados dentro de los conduc tos de Havers (que c orren a lo largo del hueso). Cada hueso está rodeado por
una cápsula fibrosa protectora que contiene los vasos sanguíneos grandes que aportan oxígeno y alimento al tejido óseo.
c) Un detalle del tejido muestra que los conductos de Havers se hallan rodeados por c élulas óseas vivas. Unos
canalículos c onec tan las c élulas entre sí, mediante expansiones citoplasmátic as, y con los vasos sanguíneos y los
nervios que recorren los c onductos de Havers.
Existen cuatro tipos de c élulas que se asoc ian c on el tejido óseo: 1) células que dan origen a los osteoblastos, 2)
osteoblastos (c élulas diferenciadas que sec retan la matriz ósea), 3) osteoc itos (c élulas óseas maduras, rodeadas por la
matriz ósea secretada previamente por el osteoc lasto) que se ubican en lagunas y 3) osteoclastos (células
multinucleadas fagoc ític as derivadas de la médula ósea) que reabsorben el tejido óseo.
El tejido musc ular se caracteriza por células musculares, espec ializadas en la c ontrac c ión, que es llevada a c abo por
ensambles de dos proteínas, la actina y la miosina. En el músculo estriado, que inc luye al músc ulo esquelético y al
cardíac o, estos ensambles forman un patrón en bandas, visible bajo el microsc opio. En el músculo liso no se observa un
patrón de este tipo.
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Las cé lulas m usculare s pre se ntan fibrilla s m uy finas de pro te ínas contráctile s que re co rre n toda la longitud de la cé lula. Estas fibrilla s e stán
orde nadas re gularm e nte e n e l m úsculo e sque lé tico y ca rdíaco, pe ro irre gularm e nte e n e l m úsculo liso.
a) Los músculos esqueléticos están formados por células muy largas, c ada una con muc hos núcleos. El tejido tiene un
aspec to estriado. b) El músc ulo c ardíac o está formado por células cortas, c ada una de las c uales presenta, a lo sumo,
dos núc leos y también tiene un aspec to estriado. Los discos intercalares unen las células musculares cardíac as entre sí,
lo que proporciona mayor adhesión al tejido e intervienen en la rápida c omunicación entre c élulas. Esto permite su
contracc ión simultánea y la producc ión del latido. c ) El músc ulo liso está formado por largas células fusiformes. A
diferencia del músculo esquelético, c ada célula muscular lisa posee un solo núc leo.
El tejido nervioso está constituido por c élulas nerviosas o neuronas que están espec ializadas en la recepción,
proc esamiento y transmisión de la informac ión.
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Tre s form as dife re nte s caracte rísticas de las ne uro nas de los ve rte brados.
a) Las neuronas motoras y las neuronas de proyec c ión b) Las interneuronas se encuentran dentro de regiones
localizadas del sistema nervioso central. c) En las neuronas sensoriales, que transmiten impulsos desde los rec eptores
sensoriales situados en los extremos de las ramificac iones de las dendritas. Todas estas neuronas forman conexiones,
conocidas c omo sinapsis, con otras neuronas.
Las neuronas están formadas típicamente por un c uerpo celular, dendritas y un axón. Las señales, en forma de impulsos
elec troquímic os, pueden ser conducidas rápidamente a grandes distancias por el axón. Las neuronas están rodeadas y
sostenidas por células de la neuroglia.
Órganos y sistemas de órganos
El cuerpo de los vertebrados c omprende una variedad de células, organizadas en cuatro tipos de tejidos, que son grupos
de c élulas que c omparten una func ión similar. En el siguiente nivel de organización, diferentes tipos de tejidos, unidos
estructuralmente y c oordinados en sus actividades, forman órganos.
Los órganos que trabajan juntos en forma integrada, y desempeñan una func ión particular, constituyen el siguiente nivel
de organización: el de los sistemas de órganos.
Los sistemas de órganos, en c onjunto, c onstituyen el animal c ompleto, un organismo viviente que está en interac ción
con el ambiente externo. Este incluye, no sólo el ambiente físico, sino también a otros individuos de su misma espec ie,
así como de otras especies.
Bajo este tipo de jerarquía interac tiva se halla uno de los princ ipios más profundos de la biología. La estruc tura y los
proc esos reguladores de los organismos más c omplejos son de tal forma que las partes sirven al todo y el todo a las
partes.
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Visión ge ne ral de los principale s siste m a s de l se r hum ano adulto y sus funcione s.
Funciones del organismo
Muc has estruc turas del c uerpo del animal adquieren "sentido" c uando se interpretan como adaptac iones que les
permitieron hacer frente a "problemas" partic ulares presentados por la relac ión entre el organismo y su ambiente.
Sin embargo, antes de emplear esta metáfora de problemas y soluc iones debemos aclarar qué entendemos realmente por
"soluc ión" de problemas biológicos. Un organismo c onfronta sus "problemas" c on un conjunto de instrucciones genéticas.
Si todo resulta bien, es decir, si esas instruc c iones se traducen en estruc turas, proc esos y c omportamientos que
permiten al individuo vivir en ese ambiente partic ular, el organismo sobrevive y transmite la información a la generac ión
siguiente. Además, si sus instruc ciones permiten que el individuo que las lleva funcione con mayor efic ac ia que otros
individuos de la misma población, su descendenc ia, probablemente, será más numerosa. Así, el proceso se repite, de
generación en generación, y es de este modo que los "problemas" son "resueltos".
Un problema principal para cualquier sistema vivo es el que plantea la segunda ley de la termodinámic a: mantener el alto
nivel de organizac ión característic o frente a la tendenc ia universal hac ia el desorden. Los organismos necesitan fuentes
de energía y materias primas que les permitan mantener y operar los mecanismos de obtenc ión de energía. Como
heterótrofos multic elulares los animales deben ingierir su alimento. A partir de ese alimento, a través de las reac ciones de
la respirac ión celular, que requieren oxígeno, se libera finalmente energía y materia prima para otras reac ciones químic as.
Un segundo problema al que se enfrentan los organismos vivos es el de mantener un ambiente interno relativamente
constante. Este es un proc eso c omplejo que implica, no sólo una vigilanc ia y regulación continua de muchos fac tores
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diferentes, sino también defensas preparadas contra una enorme diversidad de mic roorganismos. Virtualmente todos los
sistemas de órganos participan en este proceso conoc ido c omo homeostasis.
El terc er problema que enfrentan los animales tiene dos aspec tos. En primer lugar, la homeostasis exige la c oordinación
de las actividades de las numerosas c élulas que constituyen el organismo, de modo que los tejidos y los órganos
respondan a las necesidades fisiológic as generales, que cambian c on las fluc tuaciones del ambiente. En segundo lugar,
los animales, típic amente, son muy activos y se mueven de acá para allá c uando tratan de obtener una pareja y van en
busca de alimentos, mientras intentan simultáneamente evitar el ser capturados por otros animales. Una vida de
movimiento activo exige recibir y proc esar información del ambiente externo, y traducirla en una c oordinac ión de los
músc ulos esquelétic os coordinada y apropiada.
Hay dos sistemas princ ipales de control en los animales: el sistema endoc rino (las glándulas sec retoras de hormonas y
sus produc tos) y el sistema nervioso. Los sistemas de integración y control se regulan por medio de los llamados
circuitos de retroalimentac ión.
R e pre se ntació n e sque m ática de la s vías de control por re tro alim e ntación, que re gulan virtua lm e nte todos los proce sos fisiológicos.
El cuarto desafío que encara un organismo -que puede ser un problema o no- es multiplic arse. El imperativo biológico de
reproduc irse es enorme. Los animales dedic an gran parte de su energía y sus rec ursos a enfrentar este desafío. La
reproduc ción puede llevarse a c abo en una variedad de formas pero, en los mamíferos, es siempre sexual y siempre
implic a la formac ión de gametos, su unión para formar un c igoto y el desarrollo del cigoto hasta c onvertirse en un
individuo adulto.
El cuarto Blanco - Biblioteca Web
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