capitulo_muestra_04.

Unidad 4
Objetivo de la unidad
• Conocer los procesos por medio de los cuales el ser humano y otros
animales asimilan la energía necesaria para la vida, así como identificar la forma en que las funciones de los órganos y aparatos representan características adaptativas que han aparecido como resultado del
proceso evolutivo de este grupo.
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Procesos en los animales
1
Los animales pertenecen
a un reino que agrupa a
organismos multicelulares,
con células eucariotas que
forman tejidos, órganos y
sistemas. Su nutrición es
heterótrofa, es decir, no
producen sus alimentos,
sino que consumen sus
nutrientes ya elaborados,
tomando energía del
exterior.
Las plantas, por su
parte, obtienen energía
directamente del sol o
de reacciones químicas,
mediante la fotosíntesis y
procesos quimiosintéticos.
Los animales obtienen su
energía de los alimentos, lo
cual, les permite desarrollar
y crecer, realizando
procesos como digestión,
respiración, excreción
y el mantenimiento de
condiciones adecuadas para
el funcionamiento celular.
Conceptos clave
digestión
respiración y ventilación
sangre
homeostasis
neurona
hormona
transmisión de los impulsos
nerviosos
testículo
ovario
Contenido de la unidad
4.1 Sistemadigestivo
4.2 Sistemarespiratorio
4.3 Sistemacirculatorio
4.4 Sistemaexcretor
4.5 Sistemaendocrino
4.6 Sistemanervioso
4.7 Reproducciónydesarrollo
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Unidad 4 Procesos en los animales
Evaluación diagnóstica de la unidad 4
1. ¿Cuáles son los principales órganos que forman el sistema digestivo humano?
2. ¿Por qué tipos de sistemas se transportan los gases de la respiración de los animales?
3. ¿Cómo está constituida la sangre y cuáles son sus funciones fundamentales?
4. ¿Qué sistemas de órganos del hombre se coordinan para mantener un equilibrio interno y
condiciones óptimas para la vida de las células del cuerpo?
5. ¿Cuáles son los órganos fundamentales del sistema nervioso central del hombre?
6. ¿Qué diferencias existen entre la espermatogénesis y la ovogénesis en la especie humana?
7. ¿Qué entiendes por desarrollo embrionario?
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Tema 4.1 Sistema digestivo
111
4.1 Sistema digestivo
Órganos y sus funciones
Los animales consumen una dieta muy variada; los hay herbívoros (consumen plantas), carnívoros (consumen carne de otros animales) y omnívoros
(consumen plantas y animales). El tipo de dieta implica una serie de adaptaciones que les facilitan la ingestión de los alimentos, ya sea que se trate de
filtrar el agua para extraer partículas alimenticias que se encuentran en suspensión en el agua del ambiente (por ejemplo, los ostiones), alimentarse del
sustrato en el que viven (como la lombriz de tierra que al desplazarse ingiere
la tierra con partículas alimenticias, por lo que forma un camino o canal),
succionar de otros organismos fluidos ricos en nutrientes (como los moscos
o los pulgones de las plantas) o ingerir su alimento en masa con bocados
grandes de comida ayudándose con pinzas, dientes, garras, etcétera, para
fragmentar esos trozos grandes.
En general, los animales procesan los alimentos en cuatro etapas: la ingestión, que es el acto de comer o introducir el alimento al sistema; la digestión,
que se divide en dos partes, una mecánica, en la que se reduce el alimento
a fragmentos pequeños, y otra química, que consiste en desdoblar o romper
las moléculas complejas (como las proteínas, los lípidos y carbohidratos de
elevado peso molecular) en moléculas simples y lo suficientemente pequeñas para atravesar las membranas de las células que van a nutrir; la absorción,
que es el paso de las moléculas simples a través de las paredes del tracto digestivo para incorporarse al torrente circulatorio que las llevará a las células
del cuerpo, y la eliminación, para expulsar el material que no fue digerido.
Estas etapas en el procesamiento de los alimentos se realizan en espacios
adecuados para que las enzimas digestivas (proteínas que realizan la digestión química) actúen de manera eficiente sobre el alimento sin afectar los
tejidos del cuerpo. Esos espacios especializados se encuentran en forma de
vacuolas digestivas (por ejemplo, en los organismos unicelulares), cavidades
gastrovasculares (como en los cnidarios) o verdaderos sistemas digestivos.
El sistema digestivo aparece desde los platelmintos como un canal cerrado con una sola abertura, o boca, y es a partir de los nematodos que se
presenta como un tubo o canal abierto en sus dos extremos, una abertura anterior, o boca, y una abertura posterior, o ano. Con el proceso evolutivo, ese
canal ha presentado modificaciones como la formación de espacios donde se
acumula y procesa temporalmente el alimento.
Así, de la boca se continúa la faringe y el esófago. Luego, según la especie,
del esófago el alimento pasa ya sea a un buche, a una molleja o al estómago.
Por ejemplo, los insectos y las aves tienen los tres órganos. El buche y la molleja son órganos para la digestión mecánica, donde se fragmenta y suaviza
el alimento, en tanto que en el estómago sucede la digestión química. Del estómago, el alimento digerido pasa al intestino, donde se finaliza su digestión
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Concepto clave
La digestión es el proceso
que sufren los alimentos para
que las células del organismo
puedan asimilarlos. Se trata
de un proceso mecánico y
posteriormente químico, por
medio del cual se reduce el
alimento a moléculas pequeñas.
La digestión química se realiza
por la acción de enzimas, que
en el caso de los animales se
producen en los órganos del
sistema digestivo.
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Unidad 4 Procesos en los animales
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Cavidad oral
Lengua
Boca
química y se absorbe. El alimento que no fue
digerido se elimina por el ano.
En seguida explicaremos el sisteGlándulas salivares
ma digestivo que, como ya se mencionó, se abordará sólo para el caso
Faringe
de los animales, especialmente de los
mamíferos, en particular, del ser humano.
Esófago
Hígado
Estómago
Vesícula biliar
Páncreas
Intestino grueso
Apéndice
Figura 4.1 Anatomía del sistema
digestivo humano.
Sistema digestivo humano
En el ser humano, el sistema digestivo está
formado por la boca, la faringe, el esófago, el estómago, el intestino delgado, el
intestino grueso, el recto y el ano. A este
tubo digestivo se asocian glándulas digestivas: las salivales, el hígado y el páncreas (figura 4.1).
Intestino Delgado
Boca La boca es el orificio anterior
del sistema que se abre en la cavidad oral; en ella comienza el proceso
Recto
de digestión, cuya etapa mecánica implica
Ano
la masticación, en la que los dientes cortan,
trituran y muelen los fragmentos grandes
de alimento, los cuales son humedecidos con
la saliva y movidos por la lengua para constituir una masa llamada bolo alimenticio. La saliva producida por las glándulas salivales contiene diversas
sustancias que participan en el proceso: una glucoproteína que protege la
mucosa de la cavidad y lubrica el alimento para facilitar la deglución; amortiguadores que neutralizan la acidez de ciertos alimentos y protegen los
dientes; antibacterianos que contrarrestan posibles infecciones, y enzimas
para empezar la digestión química de carbohidratos como el almidón.
Formado el bolo alimenticio, pasará a la faringe y luego al esófago mediante los movimientos de deglución.
Faringe En la faringe se abren tanto el conducto esofágico como la tráquea
del sistema respiratorio. El esófago se mantiene cerrado por acción de un esfínter para que el aire inhalado pase a la tráquea; sólo se abre en el momento
de la deglución para dejar pasar el alimento a su interior. En ese momento,
el conducto traqueal se cierra (se mueve la laringe hacia arriba y la epiglotis
hacia abajo) para evitar que el alimento pase a la tráquea. Una vez que el
alimento ha pasado al esófago, la laringe se mueve hacia abajo y la epiglotis
hacia arriba, con lo que se cierra el esfínter del esófago. Externamente, este
movimiento se observa por el desplazamiento de una protuberancia de la
laringe conocida como manzana de Adán (figura 4.2).
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Tema 4.1 Sistema digestivo
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Bolo
alimenticio
Figura 4.2 Movimientos de
deglución del bolo alimenticio.
a) La faringe permanece abierta
hacia la tráquea para el paso del
aire en la ventilación; la epiglotis
se mantiene arriba y el esfínter del
esófago cerrado. b) La epiglotis
baja para cerrar así el conducto
traqueal y el esfínter del esófago
abre el conducto para dejar pasar
el bolo alimenticio. c) La epiglotis
sube y al abrirse la tráquea el
esfínter del esófago se cierra para
evitar que el bolo regrese.
Lengua
Esófago
Epiglotis
Tráquea
Esfínter
a)
b)
c)
Esófago Es un tubo formado por una capa de músculos circulares y otra
más externa de músculos longitudinales; ambos músculos son lisos y de movimiento involuntario. Al pasar el alimento al esófago, los músculos se estimulan y contraen, con lo que propagan su movimiento en forma de onda,
el cual se conoce como movimiento peristáltico; la contracción de los músculos
circulares constriñe el tubo y la de los longitudinales lo acorta, de manera que
ambos movimientos empujan el alimento hacia el estómago (figura 4.3).
Estómago Es una parte ensanchada del tubo digestivo, que tiene la cualidad de ser muy elástica; en ella se almacena y digiere el alimento por varias horas. En el recubrimiento interno
Músculos
del estómago, que se encuentra sumacirculares
mente plegado, se abren los conductos
de glándulas gástricas que secretan el
Músculos
jugo gástrico.
longitudinales
Esas glándulas presentan tres tipos de células, cada una de las cuales
produce determinado componente del
Bolo
alimenticio
jugo gástrico: las de la mucosa, que secretan moco para lubricar y proteger el
delicado epitelio interno; las parietales,
que secretan ácido clorhídrico (HCl), y las
principales, que secretan pepsinógeno, la forma inactiva de la enzima pepsina que desdobla las
proteínas a moléculas de polipéptidos muy pequeños (figura 4.4).
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Figura 4.3 Esófago. En la parte
superior del esquema se observa
el corte transversal para distinguir
la capa de músculos circulares y
longitudinales. En la parte inferior
se tiene un corte longitudinal
cercano al estómago. Las flechas
azules indican la contracción
de los músculos circulares
y las flechas rojas la de los
longitudinales; estos movimientos,
llamados peristálticos, empujan
el bolo alimenticio hacia el
estómago.
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Unidad 4 Procesos en los animales
114
Estómago
Epitelio del estómago
Glándula gástrica
Figura 4.4 Estructura del
estómago. Se observa en detalle
un segmento del epitelio de
la pared del estómago con las
glándulas gástricas, las cuales
tienen tres tipos de células: las
mucosas, que secretan moco;
las parietales, que secretan ácido
clorhídrico, y las principales,
que secretan pepsinógeno. Las
tres secreciones constituyen el
jugo gástrico, el cual sirve para
continuar la digestión química que
empezó la saliva en la boca.
Tanto el pepsinógeno como el HCl son sustancias que
lesionan y corroen constantemente el epitelio del estóCélulas parietales
mago, de manera que las células deben reproducirse
de forma activa para sustituir ese tejido. Una forCélulas principales
ma de protegerlo es mediante un control hormonal. Las células de la pared del estómago
secretan una hormona llamada gastrina que
entra en el torrente circulatorio y regresa al
estómago para regular la producción de jugo
Células
gástrico.
mucosas
El proceso de control funciona como sigue:
el alimento que llega al estómago estimula la producción de gastrina que circula en la sangre, la cual,
al volver al estómago, estimula una nueva secreción de
jugo. Cuando el contenido del estómago se vuelve muy ácido se inhibe la producción de gastrina, y al bajar la concentración de ésta en la
sangre las células de las glándulas gástricas dejan de producir jugo gástrico.
En el momento que se realiza la digestión gástrica el estómago permanece cerrado, pues el esófago se mantiene constreñido en su unión con él y de
esta forma impide que el alimento regrese. En la unión del estómago con el
intestino se halla el esfínter pilórico, que sólo se abre cuando se ha formado
el quimo ácido (el alimento parcialmente digerido y con la consistencia de
un líquido muy espeso).
Intestino delgado, hígado y páncreas El intestino delgado es un conducto
de aproximadamente seis metros de largo con un diámetro de unos 2.5 cm. El
duodeno es la parte del intestino que continúa del estómago y mide alrededor de 25 cm; en este segmento se reciben el jugo pancreático y la bilis. El jugo
pancreático contiene enzimas y una sustancia alcalina que baja la acidez del
quimo; la bilis –producida por el hígado y almacenada en la vesícula biliar–
no contiene enzimas digestivas pero emulsiona las grasas de tal forma que las
reduce a pequeñas gotas que resultan más fáciles de atacar por las enzimas.
La digestión se completa en este segmento del intestino por acción de
las enzimas digestivas producidas tanto por las paredes intestinales como
por el páncreas, con la ayuda adicional de los emulsificantes de la bilis. Los
carbohidratos son desdoblados a disacáridos por la amilasa pancreática, y
éstos a monosacáridos por las enzimas maltasa, sacarasa y lactasa; las proteínas se desdoblan en polipéptidos pequeños por la tripsina y la quimotripsina, y éstos se rompen en sus aminoácidos por acción de aminopeptidasas y
carboxipeptidasas, mientras que los lípidos primero son emulsificados por
las sales biliares para después ser reducidos a glicerol y ácidos grasos por las
enzimas lipasas.
Los alimentos digeridos continúan su trayecto al resto del intestino delgado para ser absorbidos por las paredes intestinales.
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Tema 4.1 Sistema digestivo
La pared interna del intestino delgado se encuentra
muy plegada y cuenta con una gran cantidad de
vellosidades en el centro, en las cuales penetran
vasos sanguíneos capilares y vasos linfáticos. A
su vez, la superficie de absorción aumenta todavía más, ya que las células del epitelio presentan microvellosidades que absorben las
sustancias simples a las que quedó reducido
el alimento y las vierten en la sangre para ser
distribuidas así a todos los tejidos del cuerpo
(figura 4.5).
a)
b)
e)
Los animales herbívoros cuentan con un sistema digestivo diferente,
cuya estructura les permite aprovechar la celulosa de los vegetales, la cual
es difícil de digerir. Por ejemplo, los rumiantes (como las vacas y borregos)
tienen un estómago con cuatro espacios. El alimento pasa al esófago y de ahí
al primer espacio o rumen, y luego al retículo, donde el alimento se fragmenta y disgrega; después se regurgita para ser masticado nuevamente y pasar
al tercer espacio, el omaso o libro, y de ahí a la cuarta cámara, el abomaso o
cuajar, donde se completa la digestión para pasar al intestino (figura 4.6).
e)
a)
b)
a) esófago y rumen
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d)
b) retículo
c) inicio/remasticación
e) abomaso o cuajar
f ) intestino
c)
d)
Intestino grueso Es un segmento del tubo digestivo que mide aproximadamente 1.5 m de
largo, con un diámetro del doble del intestino delgado. Ambos intestinos se unen en una conexión en T; un
brazo de la T queda como un conducto ciego con una pequeña expansión –el apéndice– que tiene una función inmunizadora. El resto del intestino
grueso cumple la tarea de eliminar el alimento no digerido y, sobre todo, de
reabsorber agua junto con vitaminas que producen algunas bacterias de la
flora intestinal. Conforme se reabsorbe el agua el alimento se hace más sólido
hasta constituir las heces que finalmente serán eliminadas del organismo.
f)
115
c)
d) omaso o libro
Figura 4.5 Estructura del intestino
delgado. a) Capa externa de
tejido conjuntivo. b) Capa de
músculos longitudinales. c) Capa
de músculos circulares. d) Vasos
sanguíneos que irrigan las paredes
intestinales. e) Epitelio que
recubre la luz del tubo. Se señalan
las vellosidades de este epitelio,
que se observan con más detalle
a la derecha. En cada vellosidad
penetran vasos sanguíneos. La
superficie de absorción del epitelio
se incrementa, ya que cada célula
presenta microvellosidades, como
se indica en el tercer esquema.
Figura 4.6 Tránsito del alimento
en un rumiante. El punto rojo es
el principio, donde el alimento
es ingerido y masticado para
pasar al esófago y al rumen a);
de ahí se dirige al retículo b), de
donde es regurgitado a la boca
para una nueva masticación.
Con la línea azul c) se marca el
regreso del alimento remasticado
hacia el omaso o libro d) y de
ahí al abomaso o cuajar e), para
finalmente pasar al intestino f) y
ser reabsorbido.
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Unidad 4 Procesos en los animales
Lectura y análisis
Con base en lo que acabas de leer sobre la digestión, contesta las siguientes preguntas.
1. En general, ¿cuáles son las etapas que implica el procesamiento de los alimentos?
8. ¿Qué importancia tiene la disposición de las capas musculares del esófago?
2. Menciona órganos y estructuras involucrados en la digestión mecánica de diferentes animales.
9. ¿Cuáles son los componentes del jugo gástrico y cuál es
su función?
3. ¿Qué diferencia encuentras entre la digestión mecánica y
la química?
4. ¿Qué son las enzimas digestivas y cuál es su función?
10. ¿Cuáles son las enzimas digestivas que actúan en el intestino delgado, dónde se producen y cuál es la función
de cada una?
5. Elabora un esquema del sistema digestivo del ser humano
y señala cada uno de los órganos que forman parte de él.
11. ¿Qué estructura presenta el epitelio del intestino delgado
que favorece la absorción de los alimentos digeridos?
6. ¿Qué parte del procesamiento de los alimentos se realiza
en la boca y qué estructuras y sustancias participan en
dicho proceso?
12. ¿Qué función realiza el intestino grueso?
7. Menciona un problema que suele surgir al momento de la
deglución y explica cómo ocurre.
13. ¿Cuáles son las adaptaciones en el sistema digestivo de
los rumiantes que les permiten procesar alimentos ricos
en celulosa?
Anorexia y bulimia
La anorexia y la bulimia son enfermedades incluidas en el grupo de trastornos del comer, y recientemente han cobrado gran importancia por afectar a
los adolescentes y jóvenes, en especial a las mujeres.
Una persona que padece anorexia nerviosa manifiesta una conducta negativa, que consiste en una obsesión por mantener su masa corporal en el
nivel mínimo esperado, lo que le lleva a presentar un peso 85% menor del
que debiera tener. Además, padece un temor intenso a subir de peso, se estima gorda pese a que su peso está por debajo del normal, lo cual no considera
algo grave. Las mujeres anoréxicas presentan amenorrea, es decir, su ciclo
menstrual está alterado, ya que no tienen tres periodos continuos.
La anorexia se presenta de dos formas: 1) restrictiva, cuando la persona
se somete a dietas excesivas, y 2) bulímica, cuando el individuo alterna ciclos en que come demasiado y luego se provoca vómito o utiliza diuréticos
y laxantes.
El individuo que padece bulimia nerviosa come de manera abundante
(más de lo que normalmente consume una persona) en periodos cortos, pues
se siente incapaz de controlar qué y cuánto come. Para compensar el sentimiento negativo que ello le suscita, se induce el vómito y utiliza laxantes y
diuréticos, además de que ayuna y realiza demasiado ejercicio. Estos periodos se presentan por lo menos dos veces a la semana durante tres meses.
La anorexia y la bulimia tienen orígenes multifactoriales; en general, se
conjugan problemas personales, familiares y socioculturales. Por ejemplo,
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Tema 4.1 Sistema digestivo
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llegan a padecerlas algunos adolescentes con dificultades para manejar los
cambios corporales y de maduración propios de la edad y que, además, poseen baja autoestima; también suelen influir los problemas familiares, como
la falta de comunicación y de límites claros para actuar, lo mismo que las
expectativas muy altas de los padres respecto a los hijos e incluso el abuso
sexual y el maltrato físico, todo ello bajo la influencia de una sociedad que
establece modelos estéticos difíciles de alcanzar.
Estos trastornos en la conducta alimenticia producen repercusiones graves en la salud física. Por citar un caso, el vómito inducido provoca por su
acidez un deterioro del recubrimiento epitelial de la boca y el esófago hasta causar ulceraciones y destrucción del esmalte de los dientes; el uso de
laxantes y diuréticos promueve la eliminación excesiva de agua y electrólitos
como el sodio y el potasio, lo cual propicia un desequilibrio en la regulación
de diversos procesos; las dietas llevadas al extremo ocasionan desnutrición e
inanición, que ponen en riesgo la vida.
El tratamiento para estos padecimientos debe ser integral. Lo mejor es
que un grupo de especialistas atiendan al individuo no sólo respecto a los
problemas físicos, sino también en el aspecto psicológico y familiar.
Práctica de laboratorio
Acción de la amilasa de la saliva
Elalmidónesunpolisacáridoqueseencuentraendiversosalimentoscomolaspapas,losplátanos
ylasharinas.Unamoléculadealmidónestáconstituidaporcientosdemoléculasdelmonosacáridoglucosa.
Ladigestiónquímicadelosalmidonesempiezaenlaboca.
Objetivo
Demostrarlaaccióndelaamilasasalivalsobrelosalmidones.
Material
•Tubosdeensayo
•Solucióndealmidóna5%
•Solucióndeglucosaa1%
•ReactivodeLugol
•ReactivodeBenedict
•Cristalizador
•Pipetas
•MecheroBunsen
•Agua
•Termómetro
•Parrillaeléctrica
Desarrollo
1. Realizapruebasdeidentificacióndealmidónyglucosa.Sesugierellenardostubosdeensayoquesirvancomopatrón
decolorparatodoelgrupo.Eneltubo1viertecincomililitrosdelasolucióndealmidónyagregadosgotasdereactivodeLugol;estoserviráparaidentificarporelcoloralalmidón.Eneltubo2viertecincomililitrosdelasoluciónde
glucosayagregaunmililitrodereactivodeBenedict;luegocalientaeltuboenelmechero.Seobservaráuncambio
decoloración,conelqueidentificaráslaglucosa.
2. Formaunequipo,lomismoquetusdemáscompañeros.Calientaaguaenuncristalizadorymanténlaa40°C;aparte,
enotrocristalizador,ponaguaatemperaturaambiente.
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Unidad 4 Procesos en los animales
3. Prepara cuatro tubos de ensayo con la siguiente mezcla: cinco mililitros de la solución de almidón y la misma cantidad
de saliva.
4. Sumerge dos tubos en el cristalizador con agua a temperatura ambiente y los otros dos en el agua caliente.
5. Luego de 15 minutos, saca un tubo de cada cristalizador para hacer pruebas con Lugol y Benedict y comparar con los
tubos patrón. Los tubos restantes se quedarán otros 15 minutos más, tras lo cual debes sacarlos del agua, identificarlos
con Lugol y Benedict y compararlos con los tubos patrón.
Análisis
1. ¿Qué colores identifican el almidón y la glucosa con los reactivos utilizados?
2. ¿Qué diferencias de coloración respecto de los tubos patrón se obtuvieron en los cuatro tubos con saliva?
3. De acuerdo con las coloraciones obtenidas en los cuatro tubos, ¿cuál crees que sea la acción de la amilasa de la saliva?
4. Según las coloraciones obtenidas en los cuatro tubos, menciona cuál es el efecto de la temperatura en la acción enzimática.
4.2 Sistema respiratorio
Concepto clave
La respiración es un proceso de
transformación de la energía
de los alimentos en energía
aprovechable contenida en
moléculas de atp. Ese proceso
se realiza en cada célula del
organismo. La respiración es
diferente de la ventilación, que
es el proceso por medio del
cual los gases de la respiración
(oxígeno y bióxido de carbono)
se ponen en contacto con una
superficie respiratoria para
difundirse por sus membranas,
el oxígeno hacia el interior
del organismo y el bióxido de
carbono hacia el exterior.
Respiración celular y ventilación
La respiración es un proceso metabólico que tiene lugar en el nivel celular,
por medio de ella las células obtienen la energía contenida en los alimentos,
la cual queda acumulada como energía metabólica o utilizable en moléculas
de atp. La mayor parte de los organismos son aerobios, es decir, realizan el
proceso respiratorio usando oxígeno como el último aceptor en las cadenas
de oxidorreducción de las moléculas de alimento, fundamentalmente carbohidratos.
Los organismos multicelulares, en particular los animales más complejos,
presentan sistemas para el intercambio de gases de la respiración; es decir, el
oxígeno que se consume en la respiración de las células ha de llegar desde
el agua o el aire del ambiente a todas las células del cuerpo, por más internas
que estén. Asimismo, el sistema ha de recoger el bióxido de carbono producido en la respiración de las células del cuerpo y transportarlo al exterior.
Se llama ventilación al proceso que mediante diferentes mecanismos pone
en contacto los gases de la respiración con las superficies respiratorias, para
distinguirlo de la respiración que se realiza en el nivel celular.
Los gases de la respiración (oxígeno que entra en el cuerpo de los animales
y bióxido de carbono que sale de él) se difunden a través de las membranas
celulares de lo que se conoce como superficie respiratoria, la cual debe permanecer húmeda; ésta es la razón por la que los gases estén disueltos en agua.
Función de los órganos del sistema respiratorio
En algunos organismos pequeños y de cuerpos delgados, como los platelmintos o anélidos (digamos, la lombriz de tierra), el intercambio gaseoso se
realiza por las paredes del cuerpo. Esta superficie respiratoria debe ser muy
extensa para que logre absorber la cantidad de oxígeno que requieren todas
las células del cuerpo. En los anfibios (las ranas, por ejemplo), la respiración
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Tema 4.2 Sistema respiratorio
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cutánea o por medio de la piel complementa la cantidad de oxígeno que obtienen por el sistema pulmonar.
Muchos animales han desarrollado partes del cuerpo como superficies
respiratorias, ya que la piel no es lo suficientemente extensa y, por añadidura, no es húmeda o presenta escamas, plumas, pelo o placas, además de células muertas. Así, los organismos acuáticos (como los peces) han desarrollado
branquias; los terrestres (como muchos artrópodos) poseen tráqueas y los
anfibios, aves, reptiles y mamíferos, pulmones.
Branquias Son expansiones del cuerpo que se encuentran muy irrigadas por vasos sanguíneos. Sus paredes son muy delgadas y el
oxígeno disuelto en el agua se difunde en la sangre, mientras
que el bióxido de carbono se expele en sentido contrario.
Los peces introducen el agua con oxígeno por la boca y al
mismo tiempo que cierran ésta para bombear el agua hacia las
branquias, se cierran los opérculos que las cubren, de manera que el agua permanece bañando las branquias. Luego el agua se expele pobre en oxígeno y con el bióxido
de carbono producto de la respiración.
Algo que hace que la captación de oxígeno sea
más eficiente es que la dirección de la corriente de
agua es contraria a la de la sangre; así se crea un gradiente de difusión que garantiza la máxima captación (figura 4.7).
Tráquea El sistema traqueal es propio de los insectos. Consiste en una serie
de pequeños túbulos muy ramificados en el interior del cuerpo, los cuales llevan el aire con oxígeno directamente a cada célula; también incluye sacos de
aire que, al contraerse, expulsan el aire, en tanto que al relajarse lo inhalan.
El sistema traqueal es muy eficiente, ya que el insecto –al no contar con
un sistema circulatorio– recibe directamente el oxígeno en cada célula, con
lo que no gasta energía en el transporte; sin embargo, padece el problema de
que le es necesario mantener la superficie respiratoria húmeda. Esto se resuelve por el hecho de que la terminación de las ramificaciones más delgadas
de las tráqueas, llamadas traqueolos, son cerradas y contienen un fluido que
facilita la difusión de los gases (figura 4.8).
Célula corporal
45%
20%
90%
65%
35%
10%
Figura 4.7 Posición anatómica
de las branquias de un pez. El
agua con oxígeno penetra por la
boca y es enviada a las branquias,
constituidas por arcos y filamentos
sumamente irrigados de sangre.
El paso del oxígeno del agua a la
sangre es muy eficiente debido
a que ambas corren en dirección
opuesta, y como siempre hay
más oxígeno en el agua que en la
sangre, se genera un gradiente de
difusión.
Saco de aire
Conducto traqueal
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75%
Figura 4.8 Sistema traqueal de
un insecto. El aire con oxígeno
penetra por pequeños orificios
laterales del cuerpo, los cuales
conducen a canales y sacos
aéreos que llevan el oxígeno
directamente a las células, como
se observa en el esquema de la
derecha.
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Unidad 4 Procesos en los animales
120
Faringe
Laringe
Tráquea
Pulmón
Bronquio
Alvéolo
Bronquíolo
Alvéolo
Figura 4.9 Estructura anatómica
del sistema pulmonar. A la
derecha se presenta un esquema
en detalle de los alvéolos y la red
de vasos que los rodean, donde se
realiza el intercambio gaseoso.
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Pulmones El sistema pulmonar es propio de anfibios, reptiles, aves y mamíferos. En seguida, a manera de ejemplo, analizaremos la estructura y función
del sistema pulmonar del ser humano.
Los pulmones son dos órganos en forma de saco que se alojan en la cavidad torácica, la cual está delimitada en su parte inferior por el diafragma,
un músculo potente que participa en los movimientos de inhalación y exhalación. El aire penetra en el sistema por las fosas nasales, lugar donde se
calienta, limpia y humedece gracias a la presencia de una secreción mucosa y
de vellos (que retienen impurezas), así como a su circulación a lo largo
de un laberinto de espacios de la cavidad nasal. De aquí, el aire pasa
a la faringe y luego a la laringe o caja vocal.
De la laringe, el aire pasa a la tráquea, un conducto formado de
anillos cartilaginosos que, sin afectar la flexibilidad del conducto,
impiden que éste se colapse con los movimientos respiratorios.
La tráquea se divide
en dos ramas, llamadas bronquios, los cuaBronquíolo
les penetran en los pulmones, donde se ramifican ampliamente
en conductos cada vez más delgados denominados bronquíolos. Éstos terminan en pequeños sacos de aire llamados
alvéolos, que se agrupan en racimos y quedan rodeados
por gran cantidad de capilares sanguíneos (figura 4.9).
Alvéolo
Tanto
las paredes de los alvéolos como las de los vasos
son del grueso de una capa de células, y es a través de
ellas que se lleva a cabo el intercambio gaseoso: el oxígeno pasa del alvéolo a la sangre, donde se combina
con la hemoglobina de los glóbulos rojos, y el bióxido
Red de
vasos capilares
de carbono sale de la sangre
hacia
los alvéolos para
ser expulsado por las fosas nasales.
La entrada y salida de aire del sistema se lleva a
cabo por movimientos de inhalación y exhalación. Al
inhalar, los pulmones se expanden y se llenan de aire
gracias a la contracción del diafragma y los músculos
de las costillas, lo que ocasiona que el primero baje y
los otros se eleven. Cuando ambos se relajan, la cavidad torácica disminuye su capacidad impulsando el
aire hacia afuera (exhalación).
Estos movimientos de inhalación y exhalación
están coordinados por la acción de centros de
control de la respiración, los puentes y la médula oblonga, ubicados en el cerebro. Esos
centros envían señales al diafragma y a los
Red de vasos capilares
músculos de las costillas para que se contraigan. El ritmo de los movimientos se acelera o se
hace más lento según la concentración de bióxido de carbono en la sangre.
Por ejemplo, cuando hacemos ejercicio vigoroso las células producen más
bióxido de carbono y disminuye el pH de la sangre, lo que constituye una
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Tema 4.2 Sistema respiratorio
señal para que la médula propicie una respiración más rápida y profunda que elimine el exceso de bióxido de carbono hasta recuperar
el nivel normal.
El sistema pulmonar de las aves se diferencia del humano en que
en este último el flujo de aire en los alvéolos va en dos sentidos,
mientras que en las aves va en uno solo.
Su sistema consta de pulmones y dos sacos de aire grandes,
uno ubicado al frente de los pulmones y otro detrás. Al inhalar,
se llenan los sacos de aire, el de atrás con aire con oxígeno y el
de adelante con aire con bióxido de carbono. Al exhalar, los
sacos se vacían de manera que el de atrás llena los pulmones
con aire oxigenado y el de adelante expulsa el aire viciado.
a)
En el pulmón, en lugar de alvéolos, las aves presentan una
serie de conductos paralelos muy finos por donde circula el aire en una sola
dirección y el transporte a la sangre es muy eficiente, ya que esa dirección es
contraria a la del aire en los túbulos (figura 4.10).
Daños al sistema respiratorio: tabaquismo
y contaminación
La contaminación del aire es un problema muy grave, sobre todo en las grandes ciudades sin planeación urbana, con zonas industriales y un número
excesivo de automotores.
Ciudades como la de México, Guadalajara, Monterrey y las que hacen
frontera con Estados Unidos registran índices muy altos de contaminación
del aire. Esto se debe en gran medida a la presencia de ozono (que se produce
al contacto de los rayos solares con los combustibles quemados por los motores de automóviles y las fábricas) y de partículas suspendidas como polvo,
ceniza, arena, humo y restos de metales.
A los niveles altos de contaminación atmosférica se suma el problema de
la adicción a la nicotina, o tabaquismo, que plantea serios daños porque aumenta la incidencia de enfermedades del sistema respiratorio, las cuales no
sólo tienen relevancia como problemas de salud pública, sino que implican un
alto costo financiero en lo que se refiere a la atención médica de tipo social.
Las partículas suspendidas en el aire llegan a ser tan pequeñas que penetran en los alvéolos y con ello impiden la difusión de los gases, problema que
se torna crónico y es responsable de la elevación del índice de mortalidad.
Esto ocurre con mayor frecuencia en individuos de las clases sociales bajas y
afecta sobre todo a niños y ancianos, pues a este cuadro se asocia, en los niños,
la desnutrición, y en los ancianos, otros padecimientos propios de la edad.
Tanto la contaminación del aire como el tabaquismo causan bronquitis, edema pulmonar, enfisema y cáncer en las vías respiratorias altas y el
pulmón.
El humo del tabaco y los gases tóxicos en el aire paralizan los cilios de
las células traqueales, lo que evita que la secreción de moco se desplace y
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121
Saco de aire anterior
Pulmones
Saco de aire
posterior
b)
Figura 4.10 Estructura del
sistema pulmonar de las aves.
a) Circulación del aire en el
movimiento de inhalación,
con el que los sacos de aire se
llenan, el de atrás con oxígeno
y el de adelante con bióxido de
carbono. b) Vaciado de los sacos
de aire y llenado del pulmón en
el movimiento de exhalación. El
pulmón recibe el aire fresco del
saco de adelante, en tanto que el
de atrás elimina el aire viciado.
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Unidad 4 Procesos en los animales
elimine las partículas extrañas, de tal modo que éstas se acumulan en los
conductos. Además de las partículas suspendidas, también quedan sin expulsar agentes bacterianos que al desarrollarse causan infecciones (por ejemplo, bronquitis crónica).
El depósito de partículas en las paredes de los bronquíolos y los alvéolos
hace que éstas se endurezcan, lo que supone una reducción en su elasticidad
y, por lo tanto, que se vea limitada la capacidad de inhalación. Los vasos sanguíneos pulmonares se debilitan y se dañan al grado de dejar salir agua hacia los pulmones, con lo que se forman edemas. Por otra parte, la reducción
del oxígeno en la sangre conlleva trastornos a los demás órganos del cuerpo,
en especial al cerebro, y finalmente la muerte.
Se ha registrado una relación entre la incidencia del cáncer pulmonar y el
hábito de fumar; en el humo de cigarrillo se encuentran muchas sustancias
con efectos cancerígenos.
Lectura y análisis
Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema respiratorio, contesta las siguientes preguntas.
1. ¿Cuál es la diferencia entre respiración y ventilación? Explícala.
2. ¿En qué animales es posible el intercambio gaseoso a través de la piel? Menciona ejemplos.
3. ¿Cómo se realiza el transporte de oxígeno a las branquias
de los peces?
4. ¿Qué es lo que hace eficiente el paso del oxígeno a la
sangre en las branquias de los peces?
5. ¿Qué hace eficiente la difusión del oxígeno a las células en
el sistema traqueal de los insectos?
6. Elabora un esquema del sistema respiratorio pulmonar en
el hombre y señala sus órganos.
7. ¿Mediante qué mecanismos llega el aire a los pulmones
libre de partículas y a una temperatura adecuada?
8. ¿Cuál es el proceso en el que se realiza el intercambio de
gases entre los alvéolos pulmonares y la sangre?
9. ¿Cuáles son algunas de las consecuencias de la contaminación del aire y el tabaquismo en el funcionamiento del
sistema respiratorio y qué enfermedades suelen desencadenar?
Práctica de laboratorio
Producción de bióxido de carbono en la respiración en diferentes condiciones
de actividad corporal
Expulsamosbióxidodecarbonoporlasfosasnasalesencadamovimientodeexhalación,comoresultadodelarespiracióncelular.Estegassemideenmicromolas;unamolaeselpesomolecularexpresadoengramos.Porejemplo,si
queremossaberelpesomoleculardelaguadebemosconsiderarqueéstaseconstituyededosátomosdehidrógenoy
unodeoxígeno,yqueelpesoatómicodelhidrógenoes1yeldeloxígeno16;porlotanto,alsumarsuspesosatómicos
obtendremos18;así,18gramosdeaguacorrespondenaunamoladeagua.
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12/14/06 9:29:25 PM
Tema 4.3 Sistema circulatorio
123
En el caso del bióxido de carbono (el peso atómico del carbono es 12), una mola serán 44 gramos de CO2, un volumen
muy grande que nos resultaría difícil manejar, por lo que en esta práctica utilizaremos como unidad la micromola (millonésima parte de una mola).
La forma de detectar el bióxido de carbono es al combinarlo con agua, ya que el producto de esta combinación es el
ácido carbónico, el cual se pone en evidencia mediante un indicador de pH. En este caso el indicador será la fenoftaleína, que en una solución básica es de color rosa y en una solución ácida es transparente.
Objetivo
Calcular la producción de bióxido de carbono en diferentes condiciones de actividad.
Material
• Pipeta de 10 ml
• Vaso de precipitados de 250 ml o frascos grandes
• Solución de NaOH a 0.04%
• Solución de fenoftaleína
• Un popote
• Reloj
Desarrollo
1. Llena un vaso de precipitados con 100 ml de agua de la llave.
2. Agrega unas gotas de fenoftaleína y observa el cambio de coloración; en caso de no notarse ningún cambio porque
el agua tenga un pH neutro, agrega unas gotas más hasta lograr el cambio (debe ser gota a gota para obtener un color
rosa pálido que notarás si colocas el frasco sobre un papel blanco).
3. Colabora para formar tres equipos con todo el grupo, los cuales realizarán lo siguiente durante cinco minutos: el
equipo A se mantendrá en reposo, el B caminará y el C saltará.
4. Después de estos cinco minutos cada alumno deberá burbujear con el popote bióxido de carbono dentro del agua
durante un minuto (inhala sin el popote y exhala con el popote dentro del agua).
5. Con la pipeta agrega lentamente solución de NaOH 0.04% hasta que aparezca de nuevo la coloración rosa pálido y
anota la cantidad gastada. Esta cantidad, multiplicada por 10 equivale a las micromolas de bióxido de carbono producidas en un minuto de respiración.
6. Elabora una relación de alumnos por cada equipo, que contenga su resultado de respiración para sacar el promedio
de micromolas de bióxido de carbono producido en un minuto.
Análisis
1. Explica a qué se debe que al burbujear dentro del agua el indicador haya perdido su color.
2. ¿Qué conclusión obtienes de las diferencias en los promedios alcanzados en cada equipo?
3. ¿A qué pueden deberse las diferencias individuales en la producción de bióxido de carbono en cada equipo?
4.3 Sistema circulatorio
Función de los componentes de la sangre
Concepto clave
La sangre es un tejido constituido
por una matriz líquida, el
plasma, y células denominadas
La sangre es un tipo de tejido conjuntivo constituido por una matriz líquida,
el plasma, y los elementos celulares suspendidos en ella.
glóbulos rojos, glóbulos blancos
Plasma El plasma está constituido por 90% de agua y 10% de componentes propios, como diversas sales (sodio, potasio, calcio, magnesio, cloruros
y bicarbonatos) y proteínas (albúmina, fibrinógeno e inmunoglobulinas), así
de transporte de sustancias
y plaquetas. Las funciones de
este tejido son básicamente
(nutrientes, desechos y gases
de la respiración), defensa
contra agentes extraños (células
Recientemente ha habido modificaciones en la clasificación de los tejidos, de modo que hoy
se consideran, además del epitelial, el conjuntivo –donde siempre se ha incluido la sangre–,
el muscular y el nervioso, otras tres categorías: el tejido linfohematopoyético (donde ahora
se incluye a la sangre) y los tejidos gonocitario y graso.
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o sustancias), reparación de
los vasos por donde circula y
mantenimiento de un ambiente
interno constante.
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124
Unidad 4 Procesos en los animales
como sustancias que transporta (nutrientes, gases de la respiración, hormonas y desechos metabólicos). El agua tiene como función ser el solvente por
el cual se pueden transportar las diferentes sustancias; las sales minerales
mantienen el equilibrio osmótico entre la sangre y el líquido intersticial que
llena los espacios que hay entre las células, además de regular el pH de la
sangre (los niveles de acidez y alcalinidad) para mantenerla ligeramente alcalina; las proteínas contribuyen junto con las sales minerales a su función,
pero además el fibrinógeno participa en la coagulación y las inmunoglobulinas en la defensa del organismo ante la acción de agentes externos.
Aproximadamente 55% de la sangre es plasma, mientras que el resto,
45%, está formado por los llamados elementos celulares: glóbulos rojos, blancos y plaquetas.
Figura 4.11 Glóbulos rojos
en diferentes posiciones para
observar su forma. Son células
sin núcleo. Todo el volumen
del glóbulo está ocupado por
hemoglobina.
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Glóbulos rojos Se les llama también eritrocitos y su función consiste en
transportar la mayor cantidad de oxígeno para la respiración. La estructura
de estas células es un elemento clave en el desempeño de su función: son
muy pequeñas, lo que amplía la superficie para la difusión del oxígeno; su
forma es bicóncava, con el centro muy delgado y la periferia gruesa, y carecen de núcleo y mitocondrias –por lo menos en los mamíferos, entre los que
se cuenta el hombre.
El componente fundamental de los glóbulos rojos es una proteína denominada hemoglobina, la cual contiene hierro, un elemento con el que se combina el oxígeno para ser transportado.
Los glóbulos rojos se producen en la médula ósea, de donde salen como
células sin núcleo para circular por cerca de tres o cuatro meses, luego de lo
cual se degeneran. Estos glóbulos se descomponen y procesan en el hígado;
ahí su materia se utiliza para la producción de
otras sustancias, en tanto que el hierro vuelve
a la médula ósea para producir nuevos eritrocitos que sustituyen a los que se han degenerado.
Se calcula que en el hombre circulan en
la sangre cerca de 25 billones de glóbulos rojos, o sea, cinco o seis millones por mm3 de
sangre. Este número se mantiene constante por
medio de un mecanismo de regulación hormonal que
se estimula cuando baja la cantidad de oxígeno que llega a los tejidos. Con
esta señal el riñón produce una hormona, la eritropoyenina, que estimula a
la médula ósea para producir más eritrocitos. Cuando se alcanza determinado nivel de oxígeno en los tejidos, el riñón recibe una señal para dejar de
producir su hormona de manera que baje la producción de glóbulos rojos
(figura 4.11).
La baja de hemoglobina en la sangre es causa de una enfermedad llamada anemia, que se caracteriza porque la persona se debilita –pues sus célu-
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Tema 4.3 Sistema circulatorio
125
las no reciben suficiente oxígeno– y se vuelve susceptible a infecciones. Las
causas de la anemia son: pérdida de sangre (por ejemplo, hemorragias en
úlceras y lesiones internas), deficiencia de hierro en la alimentación o cáncer
en la médula de los huesos.
Glóbulos blancos Llamados también leucocitos, son células grandes, nucleadas, que se producen en la médula ósea. Se clasifican en cinco grupos por la
forma de sus núcleos y por cómo se tiñen con colorantes: basófilos, neutrófilos, monocitos, eosinófilos y linfocitos.
La función primordial de los glóbulos blancos es la defensa o inmunidad
del organismo frente a la acción de agentes externos, sustancias o microorganismos.
Los basófilos liberan sustancias como la histamina, que dilata los vasos
sanguíneos para permitir que neutrófilos y monocitos salgan de los vasos
hacia el líquido intersticial de tejidos atacados por bacteBasófilo
rias y otros agentes infecciosos; al entrar en contacto con
ellos, los fagocitan, con lo que se reduce la infección.
Por su parte, los eosinófilos fagocitan protozoarios
y gusanos parásitos, en tanto que los linfocitos produEosinófilo
cen anticuerpos, que son sustancias que anulan la acción de sustancias extrañas, o combaten virus y células
cancerosas (figura 4.12).
Plaquetas Son fragmentos de células grandes de la médula ósea
que entran en la circulación sanguínea junto con los glóbulos. Sirven para la coagulación cuando un vaso sanguíneo es dañado. Cuando un
vaso se rompe, inmediatamente las plaquetas se acumulan en la zona lesionada y producen una sustancia que hace que se adhieran otras plaquetas
cercanas hasta formar un tapón que evita la pérdida de sangre. Si la lesión
es mayor, se pone en juego otro mecanismo: el tapón de plaquetas y células
dañadas se une a otros factores de coagulación como el calcio, lo cual activa
la protrombina (proteína) para que se transforme en trombina, una enzima
que hace que el fibrinógeno del plasma se convierta en fibrina. La fibrina está
constituida por moléculas en forma de
fibra que, al entrelazarse, construyen una red que detiene las células
de la sangre de tal manera que se
forma un coágulo que protege el
vaso hasta que se restituye el tejido
Fibrina
dañado (figura 4.13).
Plaquetas
Los órganos del sistema circulatorio. Descripción
de la circulación
El sistema circulatorio de los animales presenta diferente forma y complejidad de un individuo a otro. Su forma más simple se observa en las esponjas
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Linfocito
Monocito
Neutrófilo
Figura 4.12 Los diferentes tipos
de glóbulos blancos se determinan
por la forma en que se tiñen con
los colorantes, la forma de su
núcleo y su función.
Figura 4.13 Cuando un vaso
sanguíneo se daña, unas
plaquetas inducen a otras a
adherirse hasta formar un tapón
de plaquetas. Si el daño es mayor,
este tapón, junto con las células
dañadas se une a otros factores
de coagulación. Así se produce
protrombina, la cual se transforma
en una enzima denominada
trombina, que actúa sobre el
fibrinógeno para convertirlo en
fibrina, que son moléculas en
forma de fibras que se entrelazan
y construyen un coágulo que
protege el vaso sanguíneo hasta
que se repara el daño por medio
del tejido conjuntivo.
12/14/06 9:29:31 PM
Unidad 4 Procesos en los animales
126
y los celenterados, donde constituye una corriente de agua del ambiente con
nutrientes y oxígeno, que las células del cuerpo obtienen por simple difusión. En los artrópodos aparece ya un sistema circulatorio abierto con un
vaso importante, contráctil, llamado corazón, que se halla en posición dorsal
e impulsa la sangre de atrás adelante hasta una laguna sanguínea que lleva
la sangre hacia un vaso ventral, que conduce a una laguna posterior para
luego entrar en el corazón, que vuelve a impulsarla. En los anélidos, moluscos, equinodermos y vertebrados el sistema circulatorio es cerrado; en estos
últimos tiene ya un órgano central, el corazón, que presenta ya sean dos (en
peces) o cuatro (en aves y mamíferos) cavidades y está formado por músculo
estriado de una variedad especial, cuyas fibras se contraen simultáneamente
para producir el latido e impulsar con fuerza la sangre a todo el cuerpo.
La función del sistema circulatorio consiste en transportar nutrientes y
desechos del metabolismo, oxígeno y bióxido de carbono (los gases de la
respiración).
Vena cava
superior
Arteria
pulmonar
Aurícula
derecha
Ventrículo
derecho
Vena cava
inferior
Figura 4.14 Esquema simplificado
del sistema circulatorio humano.
En azul, la sangre con bióxido de
carbono que regresa al corazón
por las venas cavas, y en rojo, la
sangre con oxígeno que llega de
los pulmones al corazón por las
venas pulmonares, para después
salir de éste por la arteria aorta
y ser distribuida a todos los
tejidos. Se indican cuatro redes
de capilares, que representan
los sitios donde se realiza el
intercambio de gases, que en
realidad sucede en los diversos
tejidos corporales y en los alvéolos
pulmonares.
ALONSO2 U4.indd 126
Aorta
Sistema circulatorio en los vertebrados
En seguida describiremos a manera de ejemplo el sistema
circulatorio del hombre y luego lo compararemos con el de
los peces con objeto de mostrar las diferencias existentes
entre un organismo acuático y uno terrestre.
El sistema circulatorio está constituido por un órgano
central, o corazón, y una red de vasos, arterias y venas de
Vena
diferente grosor –los más delgados son los vasos capipulmonar
lares. Se trata de un sistema cerrado, ya que la sangre
nunca sale de los vasos (figura 4.14).
Aurícula
Arteria
pulmonar
izquierda
Corazón El corazón humano se ubica en la cavidad torácica; está formado fundamentalmente por tejido muscular
Ventrículo
cardiaco y presenta cuatro cavidades: dos aurículas (dereizquierdo
cha e izquierda) y dos ventrículos (derecho e izquierdo). Las
dos aurículas no tienen comunicación entre sí, ni tampoco los
dos ventrículos; no obstante, sí hay comunicación entre la aurícula
y el ventrículo del lado derecho, y de igual forma entre los correspondientes
del lado izquierdo, ya que están conectados por válvulas. Las paredes musculares de las aurículas son más delgadas que las de los ventrículos.
La circulación de la sangre en el corazón lleva la siguiente dirección: las
venas cavas superior e inferior –que llevan sangre con bióxido de carbono
que han recogido de los tejidos del cuerpo– desembocan en la aurícula derecha, la cual al contraerse envía la sangre al ventrículo derecho, que a su
vez la envía a los pulmones por medio de las dos arterias pulmonares. En
el pulmón, la sangre se oxigena y es conducida a la aurícula izquierda del
corazón por las cuatro venas pulmonares; de ahí, la sangre es bombeada al
ventrículo izquierdo y éste, al contraerse, la manda a todos los tejidos por la
arteria aorta y sus ramificaciones (figura 4.15).
12/14/06 9:29:32 PM
Tema 4.3 Sistema circulatorio
127
Arteria pulmonar
Arteria aorta
Vena cava superior
Arteria pulmonar
Venas pulmonares
Venas pulmonares
Aurícula derecha
Válvula semilunar
Ventrículo derecho
Aurícula izquierda
Ventrículo izquierdo
Válvula auriculoventricular
Vena cava inferior
Figura 4.15 Estructura anatómica
del corazón. Las arterias son
vasos que salen del corazón y las
venas son vasos que llegan a él.
La sangre con bióxido de carbono
sale del ventrículo derecho por
las arterias pulmonares, que la
llevan a los pulmones. La sangre
oxigenada regresa por las venas
pulmonares y desemboca en la
aurícula izquierda para finalmente
ser bombeada por el ventrículo
izquierdo a la aorta. Cabe señalar
que la denominación de venas o
arterias se debe a la dirección de
la circulación de la sangre y no al
tipo de sangre.
La contracción de los músculos de las paredes de las cuatro cavidades es
rítmica y coordinada. Se llama movimiento de diástole cuando los músculos
se relajan y las cavidades se llenan de sangre. Esto es gracias a que las válvulas auriculoventriculares se mantienen abiertas, con lo que permiten el flujo
sanguíneo de las aurículas a los ventrículos. Este proceso dura aproximadamente 0.4 segundos.
El movimiento de sístole es la fase de contracción, que primero ocurre en
las aurículas, con una duración de alrededor de 0.1 segundos, para llenar
por completo los ventrículos, y luego sucede en los ventrículos durante un
tiempo aproximado de 0.3 segundos, con una fuerza que cierra las válvulas
auriculoventriculares y abre las semilunares para que la sangre salga hacia
las arterias pulmonares en el lado derecho y hacia la aorta, en el izquierdo.
En la aurícula derecha se encuentra el nodo senoauricular, llamado también marcapaso, que es una parte especializada del tejido muscular que genera señales eléctricas que se difunden rápidamente y hacen que las células de
las aurículas se contraigan al mismo tiempo. Esas señales también se transmiten al nodo auriculoventricular, ubicado entre la aurícula y el ventrículo
derechos; así, la señal se propaga por medio de fibras musculares especializadas a los ventrículos, los cuales se contraen con un ligero retraso respecto
de la contracción auricular.
Vasos sanguíneos Los vasos son arterias que salen del corazón o bien, venas
que llegan a él. Las arterias llevan sangre oxigenada (excepto las pulmonares,
que la llevan con bióxido de carbono) y las venas conducen sangre con bióxido de carbono (salvo las pulmonares, que transportan oxígeno). La estructura de las arterias y venas consiste en paredes formadas por un epitelio cubierto en primera instancia por una capa de músculo liso y luego por una de
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Unidad 4 Procesos en los animales
tejido conjuntivo. La capa muscular regula el flujo sanguíneo, mientras la
de tejido conjuntivo aporta elasticidad. Estas capas son más gruesas y resistentes en los vasos más grandes, que reciben con más fuerza el impacto de la
sangre. En el caso de las venas, cuentan también con válvulas que aseguran
que la sangre fluya al corazón y no se regrese por efecto de la gravedad.
Los vasos grandes se ramifican en vasos más delgados hasta formar los
vasos capilares, los cuales sólo tienen una capa de células epiteliales cubiertas de una delgada membrana basal de protección. Es en estos vasos donde
se realiza el intercambio de sustancias, ya sea que se trate de nutrientes en
la absorción intestinal, de oxígeno y bióxido de carbono en los alvéolos, de
desechos metabólicos en las células, o del intercambio que se da entre estos
nutrientes y gases de la respiración en la sangre con los tejidos del cuerpo.
Intercambio de gases en los tejidos El oxígeno es transportado en los glóbulos rojos combinado con la hemoglobina. Los vasos capilares que rodean
los alvéolos pulmonares reciben el oxígeno que pasa por difusión a través
de las paredes alveolares y de los vasos capilares. La hemoglobina es una
proteína compleja formada por cuatro cadenas polipeptídicas, cada una
de las cuales tiene un grupo hemo con un átomo de hierro, que atrae el oxígeno; de esta manera, cada hemoglobina transporta cuatro moléculas de
oxígeno. La sangre lleva el oxígeno a todas las células del cuerpo. Al liberar
la hemoglobina el oxígeno en los tejidos, éste pasa por difusión de los capilares a las células.
El transporte del bióxido de carbono es diferente. Pasa, también por
difusión, de las células –donde es producido como desecho de la respiración– al líquido intersticial y de éste al plasma de la sangre. Luego, aunque
una pequeña parte queda en el plasma, penetra en los glóbulos rojos, donde
se combina con agua para producir ácido carbónico. Este ácido se disocia
en iones hidrógeno e iones bicarbonato que se difunden al plasma para así
ser trasladados a los pulmones, donde se realiza el proceso inverso; los iones bicarbonato se difunden en el interior de los glóbulos rojos, donde se
combinan con los hidrogeniones para formar ácido carbónico, que luego se
desdobla en bióxido de carbono y agua que se difunden a los alvéolos para
ser eliminados al exterior.
El bióxido de carbono como
Célula del cuerpo
Alvéolo
tal es un desecho tóxico de las
O2
células, pero transportado en
CO2
forma de bicarbonato funcioCO2
na como amortiguador del pH
CO2
CO
de
la sangre (figura 4.16).
O2
2
Hemoglobina H O
O2
H2O
2
El sistema circulatorio de
los peces tiene un corazón de
H2CO3
H2CO3
dos cavidades: una aurícula y
Glóbulo
HCO3
HCO3
H+
rojo
H+
un ventrículo. Su corazón reci-
Figura 4.16 Transporte de
gases en la sangre. Izquierda:
al ser desechado por las células,
el bióxido de carbono pasa al
espacio intercelular y luego al
plasma y a los glóbulos rojos
en un vaso sanguíneo. En los
glóbulos, una parte se combina
con agua y forma ácido carbónico,
que se ioniza en iones bicarbonato
e hidrógeno. Los bicarbonatos
se difunden en el plasma y los
iones hidrógeno se combinan
con la hemoglobina junto con la
otra parte de bióxido de carbono.
Al mismo tiempo, el oxígeno
que circula combinado con la
hemoglobina es dejado en los
diferentes tejidos. Derecha: el
transporte y la difusión de los
gases se invierte en los alvéolos
pulmonares, donde la sangre
recibe el oxígeno y deja el bióxido
de carbono.
HCO
ALONSO2 U4.indd 128
3
HCO3
12/14/06 9:29:36 PM
Tema 4.3 Sistema circulatorio
be y bombea sangre con poco oxígeno. La sangre sale del corazón hacia las
branquias, donde se oxigena en una red de capilares para luego salir a repartirse a las células del cuerpo. La sangre pierde impulso al salir de las branquias, pero los movimientos que hace el pez al nadar ayudan a que fluya.
En los capilares sistémicos en el nivel de los tejidos deja el oxígeno y recoge
el bióxido de carbono para
regresar al corazón (fiArteria
gura 4.17).
Capilares
en branquias
129
Figura 4.17 Sistema circulatorio
en los peces. El corazón presenta
dos cavidades: una aurícula y un
ventrículo. La sangre fluye pobre
en oxígeno por las venas hasta
llegar a la aurícula y ser bombeada
por el ventrículo, por medio de
arterias, a los capilares de las
branquias, donde se oxigena y
circula por arterias dorsales hacia
la parte posterior del cuerpo.
Vena
Corazón
Lectura y análisis
A partir de lo que acabas de leer sobre el sistema circulatorio y la observación de preparaciones de sangre y de un corazón de
pollo en el laboratorio, elabora lo siguiente:
1. Un cuadro sinóptico ilustrado con los diferentes elementos de la sangre y sus funciones.
2. Un esquema o un modelo dinámico que explique la circulación de la sangre en el sistema circulatorio humano.
3. Un esquema del corazón que tenga señaladas sus partes y
los vasos que salen o llegan a él.
4. Un esquema que explique el transporte de los gases de la
respiración en la sangre.
Hipertensión como factor de riesgo cardiovascular
La presión arterial es la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos. Esta fuerza es mayor cerca del corazón como resultado de la contracción
ventricular y disminuye cuando el corazón se relaja. La presión disminuye
conforme la sangre circula de arterias a arteriolas (múltiples ramificaciones
de las arterias) no sólo por el hecho de alejarse del corazón sino porque su
velocidad es cada vez menor y existe fricción y resistencia de las paredes de
los vasos. Al regresar la sangre por las venas, la presión es casi igual a cero,
de manera que la sangre requiere ser impulsada por contracciones musculares del área por donde va pasando; además, estos vasos presentan válvulas
que impiden que la sangre se regrese.
La presión sanguínea se mide, como un signo vital, en las arterias. Esta
medida implica dos registros, el de la presión sistólica y el de la diastólica,
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130
Unidad 4 Procesos en los animales
que en condiciones normales deben mantenerse en 120 mm de mercurio la
primera y 70 mm la segunda.
La presión llega a alterarse por debajo o por arriba de esos límites, lo que
se conoce como hipotensión e hipertensión arterial, respectivamente. Esta última constituye uno de los trastornos de mayor incidencia e importancia en
la población, ya que trae como consecuencia enfermedades cardiovasculares
graves.
Existe un elevado porcentaje de casos de hipertensión cuyas causas se
desconocen (hipertensión primaria); sin embargo, hay otros en los que
se le encuentra asociada a otras enfermedades (hipertensión secundaria), por
ejemplo, del riñón o del sistema endocrino.
Un problema de este trastorno es que en muchas ocasiones no presenta
síntomas, de ahí que se le conozca como “la muerte silenciosa”; sin embargo,
llega a suceder que se presente dolor de cabeza, zumbido de oídos, visión
borrosa o de “luces”, mareos al levantarse o cambiar de posición y adormecimiento de la mitad del cuerpo.
Aunque no se sabe la causa directa de la enfermedad, se reconoce una
predisposición genética, así que si hay antecedentes familiares, por ejemplo,
de que parientes consanguíneos hayan sufrido infartos al miocardio, es necesario revisar periódicamente la presión arterial para controlarla y prevenir
padecimientos concomitantes.
Otros factores relacionados con la hipertensión son la edad, el sobrepeso
y el estilo de vida. La falta de ejercicio y la mala nutrición coadyuvan en la
formación de depósitos ateroescleróticos (colesterol, por citar en caso) en los
vasos, los cuales causan su endurecimiento y obstrucción; esto hace que el
corazón tenga que trabajar más para impulsar la sangre y, por tanto, se debilite, al grado de sufrir infartos o muerte de zonas importantes del tejido
cardiaco, insuficiencia renal o hemorragias cerebrales.
4.4 Sistema excretor
Concepto clave
La homeostasis es el proceso
mediante el cual se regula
y mantiene el control de un
ambiente interno de condiciones
constantes, en el que las células
de los organismos pueden
realizar sus funciones de
manera óptima y eficiente; entre
esas condiciones se cuenta la
temperatura, el pH, el volumen
Sistemas homeostáticos
Para mantener la vida, las células de los organismos requieren condiciones
ambientales específicas, óptimas para que realicen sus funciones con eficiencia. Sin embargo, el ambiente es cambiante, presenta fluctuaciones, a veces
drásticas, de temperatura, presión, salinidad, etcétera. En respuesta a ello, a
lo largo de su evolución los organismos han logrado desarrollar mecanismos
para resistir tales cambios. En particular, los animales, cuya organización
implica órganos internos íntimamente relacionados para el funcionamiento
armónico del cuerpo, presentan mecanismos de regulación complejos que
consiguen mantener un equilibrio interno para el funcionamiento de sus
células.
de líquidos, etcétera.
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Tema 4.4 Sistema excretor
131
Tal equilibrio interno recibe el nombre de homeostasis y consiste básicamente en mantener en condiciones casi constantes el líquido intersticial que
llena los espacios entre las células. Por ejemplo, en nuestro organismo están
regulados, entre otros factores, la temperatura del cuerpo, la concentración
de sustancias en la sangre y el volumen de líquidos.
En general, los mecanismos de control de la homeostasis tienen como
base una retroalimentación negativa; esto significa que el resultado de un
proceso, inhibe el proceso. Un mecanismo homeostático simple debe tener
los siguientes elementos: un receptor que capte los estímulos, un modulador
que seleccione la respuesta y un efector que la ejecute.
Termorregulación La regulación de la temperatura corporal en el organismo garantiza que ésta se mantenga, con ligeras fluctuaciones, alrededor de
36.5° C, temperatura óptima para la realización de las funciones celulares.
El estímulo para accionar el mecanismo es la temperatura de la sangre.
Cuando ésta se eleva por encima del nivel, un centro de control ubicado en
el cerebro detecta el estímulo y envía señales a la piel para que se activen las
glándulas sudoríparas y que los vasos sanguíneos periféricos se dilaten. Estas dos respuestas producen el enfriamiento de la sangre al perder calor por
irradiación de la sangre que circula en los vasos y por evaporación al sudar.
Al enfriarse por debajo del nivel controlado, la sangre hace que el centro de
control cerebral cierre las glándulas sudoríparas y los vasos sanguíneos se
contraigan (esto ocasiona que la sangre se derive a tejidos profundos), con lo
que deja de perderse calor y se restablece la temperatura de 36.5° C. Cuando
hace mucho frío en el ambiente, este mecanismo no es suficiente, y para producir calor el cuerpo tirita y tiembla mediante contracciones involuntarias
de los músculos esqueléticos.
Respecto a la regulación de la temperatura, los animales se consideran
ectotermos o endotermos. Los primeros son organismos que obtienen calor
del exterior (por ejemplo, los peces, reptiles y anfibios); los segundos producen calor por sus vías metabólicas.
Diversas estructuras, funciones y comportamientos contribuyen al proceso de termorregulación. Por citar algunos casos, los elefantes mueven sus
grandes orejas para perder calor (por convección, es decir, al mover el aire
sobre su superficie se remueve el calor); los osos polares lo conservan gracias
a una gruesa capa de grasa y a que su pelo transparente facilita la absorción
de calor por la piel, que es negra; las iguanas y lagartijas del desierto toman
calor del sol (irradiación) en posiciones con las que evitan exponerse demasiado a su acción o al calor de las rocas y suelo (por conducción), y algunos
mamíferos hibernan cuando no hay suficiente alimento en el ambiente como
para mantener su producción de calor. La hibernación consiste en deprimir
sus funciones, lo que baja su temperatura, para permitirles sobrevivir de sus
reservas de grasa por periodos largos.
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Unidad 4 Procesos en los animales
Osmorregulación El agua y los solutos disueltos en ella han de encontrarse
en equilibrio respecto del contenido celular, de manera que tanto el agua
como las proteínas, los aminoácidos, los iones de sodio, potasio, cloro y bicarbonato deben mantenerse bajo el control de mecanismos osmorreguladores.
Recordemos que las células se encuentran en medios isotónicos, hipertónicos o hipotónicos si las concentraciones de solutos son iguales, más altas
o más bajas, respectivamente, que la concentración de las células. En estos
medios se llevan a cabo procesos osmóticos; por ejemplo, en un medio hipotónico las células se llenan de agua y en medios hipertónicos se plasmolizan
o deshidratan, en tanto que en un medio isotónico la célula está en equilibrio
osmótico con su entorno, ya que la cantidad de agua que sale es la misma
que entra.
Los ambientes en que viven las células tienen fluctuaciones en su concentración de solutos y los organismos se adaptan a ellas mediante mecanismos
de regulación. Por ejemplo, existen organismos de vida marina que mantienen una concentración semejante a la de su ambiente, de manera que su
gasto de energía en lograr el equilibrio es mínimo. Otros animales, como los
peces de agua dulce, tienen mecanismos para eliminar el agua que penetra
por ósmosis y retener los solutos necesarios que se eliminarían junto con el
vital líquido (los obtienen de los alimentos y los reabsorben en las branquias
y por su sistema renal). En cambio, los peces de agua salada pierden agua
por ósmosis, de modo que sus mecanismos reguladores controlan esa pérdida al beber el agua de mar y eliminar el exceso de iones por las branquias, así
como al reducir la cantidad de orina que eliminan por vía renal.
En el caso de los organismos terrestres, el problema radica en la pérdida de
agua mediante adaptaciones estructurales, fisiológicas y de comportamiento.
Por ejemplo, los artrópodos terrestres tienen un esqueleto externo duro e impermeable; los reptiles, aves y mamíferos presentan la piel con una serie de
capas protectoras, además de escamas, plumas o pelo que evitan la pérdida
de agua, y algunos que viven en zonas áridas tienen hábitos nocturnos.
Los sistemas excretores, además de tener la función de expeler los desechos del metabolismo, también regulan el agua y la concentración de
solutos.
Como resultado del metabolismo, las células producen sustancias de desecho –muchas de ellas tóxicas– que deben ser eliminadas. Entre estos desechos tóxicos se encuentran los productos de la degradación de proteínas
y ácidos nucleicos, principalmente el amoniaco, que en el caso de los organismos acuáticos se elimina con facilidad en el agua ambiente, mientras que
en los animales terrestres su eliminación es muy lenta, pues no se difunde
fácilmente en el aire. Aunque representa un gasto de energía, estos animales
transforman el amoníaco en ácido úrico (como sucede con las aves) o en urea
(como lo hacemos los mamíferos). Esta transformación es importante porque
son sustancias menos tóxicas que es posible almacenar en el organismo durante cierto tiempo sin riesgo de envenenamiento.
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Tema 4.4 Sistema excretor
133
Arteria y vena
renales
Órganos del sistema excretor
Corteza renal
Riñón
El sistema excretor humano
El sistema excretor de los seres humanos consta de dos
Pelvis
renal
riñones y los conductos uréter, vejiga urinaria y uretra,
para la eliminación de la orina. En el riñón se distinguen
Uréter
dos zonas, la cortical y la médula. En la corteza se hallan
las unidades excretoras llamadas nefronas (figura 4.18).
Vejiga
Cada nefrona se constituye de una arteriola aferente de
urinaria
entrada, el glomérulo (que es una red capilar) y la arteriola
eferente o de salida. El glomérulo queda envuelto por una
Médula renal
estructura en forma de copa, la cápsula de Bowman, que
Uretra
es la terminación capilar de los túbulos del riñón, los cuales se unen con los de otras nefronas para formar conductos
Figura 4.18 A la izquierda,
colectores comunes que finalmente forman un solo conducto grande, el uré- estructura anatómica del sistema
renal humano. A la derecha,
ter, que sale del riñón para conectarse a la vejiga urinaria (figura 4.19).
detalle de la anatomía del riñón.
Función de las nefronas:
ultrafiltración, reabsorción,
excreción
Cápsula de Bowman
Arteria
aferente
Túbulos
contorneados
Gloméculo
Las arteriolas aferentes, que son
Uniones de
conductos
ramificaciones de la arteria renal
de otras
que entra en el riñón con los desenefronas
Arteria
eferente
chos, conducen estas sustancias a los
glomérulos en la cápsula de Bowman,
Conducto
Asa de
colector
donde se realiza la filtración del agua, proceHenle
so que se lleva a cabo por la presión que ejerce
la constricción de las arteriolas aferente y eferente;
luego, las moléculas grandes que no fueron filtradas
pasan de las arteriolas eferentes al túbulo renal por procesos de transporte activo (es decir, con gasto de energía) en una
fase denominada secreción; gran parte del agua y los solutos necesarios que
fueron filtrados regresan a la sangre por un tercer proceso, la reabsorción, la
cual ocurre también por transporte activo.
El filtrado, al salir de la cápsula de Bowman, es un líquido isotónico, es
decir, de concentración semejante a los contenidos celulares, de manera que
si fuera eliminado como tal el organismo perdería mucha agua. Una forma
de reducir esta pérdida sucede en los conductos de salida de la nefrona, que
forman sinuosidades, y en una porción en forma de U llamada asa de Henle,
cuyas ramas descendente y ascendente llegan a la médula del riñón; en la
descendente las células de las paredes del túbulo bombean el sodio hacia
fuera y de manera pasiva sale el cloro y el agua, lo cual genera una zona alrededor del tubo con alta concentración de solutos que regresan después al
torrente circulatorio. En el túbulo el filtrado se reduce en volumen y se hace
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Figura 4.19 Estructura de una
nefrona. La sangre llega con
desechos al riñón por la arteria
aferente, que dentro de la cápsula
de Bowman forma un glomérulo
donde se realiza la filtración.
El filtrado circula por el túbulo
contorneado proximal (cercano
a la cápsula de Bowman), el asa
de Henle y el túbulo contorneado
distal (distante de la cápsula).
En este trayecto se realiza la
reabsorción de agua y sustancias
útiles que pasan a la sangre, así
como la secreción de sustancias
que se eliminan de la sangre y
pasan a los conductos colectores
que se reúnen en tubos con un
diámetro cada vez mayor para
constituir el uréter, que conduce la
orina a la vejiga para ser eliminada
finalmente por la uretra.
Concepto clave
La nefrona es la unidad funcional
del riñón. Su funcionamiento
permite eliminar los desechos del
metabolismo celular que viajan
en la sangre, así como reabsorber
agua, iones y sustancias que son
útiles para el organismo.
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134
Unidad 4 Procesos en los animales
hipertónico, sumamente concentrado por la pérdida de agua y la difusión
de urea desde el tubo colector común. Así, el filtrado circula por la rama
ascendente, que es impermeable al agua pero permite el transporte activo
de iones y solutos; de esta manera baja su concentración al grado de hacerse
hipotónico, que es como entra en el tubo colector (figura 4.19).
Regulación de la función renal. Acción de los diuréticos
A partir del tubo colector, la conversión del filtrado a orina como una solución hipertónica se debe a la acción de la hormona antidiurética que produce la hipófisis; asimismo, la cantidad de agua que reabsorben las nefronas
también depende de esa hormona. Cuando los solutos de los líquidos del
cuerpo se encuentran por arriba del nivel controlado, el centro de control en
el cerebro responde estimulando la producción de la hormona, cuya acción
es hacer que las paredes del tubo colector sean permeables al agua y que ésta
sea reabsorbida y transportada al tejido circundante; así, la orina queda concentrada e hipertónica. Cuando los solutos están muy diluidos, como sucede
cuando tomamos mucha agua, baja la producción de la hormona, las paredes
del tubo permanecen impermeables y el agua no se reabsorbe sino que se
desecha del organismo.
El volumen y la concentración de la orina deben mantenerse en niveles
constantes; sin embargo, llegan a alterarse por el consumo de ciertas sustancias que ingerimos como parte de la dieta o por la acción de medicamentos.
A las sustancias que aumentan el flujo de orina se les denomina diuréticos y
se utilizan en el tratamiento de enfermedades relacionadas con la retención
de agua en exceso, como es el caso de los edemas.
Los diuréticos inhiben la producción de la hormona antidiurética; de ese
modo se reduce la reabsorción del agua, que por lo tanto se elimina. El café,
el té y la cerveza tienen acción diurética.
Como dijimos en el apartado sobre la anorexia y bulimia, el uso de medicamentos diuréticos para bajar de peso resulta contraproducente para la
salud, ya que no sólo se pierde agua de manera anormal, sino que también
se producen descompensaciones severas de los iones.
Lectura y análisis
Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema excretor, elabora lo siguiente:
1. Un diagrama que muestre y compare la termorregulación
en un animal ectotermo y un animal endotermo.
2. Un esquema con la estructura de la neurona, donde se indique en qué partes se realizan los procesos de filtración,
reabsorción y excreción.
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3. Un resumen acerca de la acción de los diuréticos y su uso
indebido.
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Tema 4.5 Sistema endocrino
135
4.5 Sistema endocrino
Glándulas endocrinas
Los animales, particularmente los vertebrados, son sistemas vivos muy complejos por su alto nivel de organización, de manera que su funcionamiento
armónico exige de mecanismos que coordinen las funciones de todos los sistemas para que las respuestas del animal, tanto a las condiciones internas
como a las externas, sean las apropiadas para lograr la supervivencia. Son
tres estos sistemas reguladores u homeostáticos: el renal –que se explicó en
el apartado anterior–, el endocrino y el nervioso.
En los vertebrados, el sistema endocrino se forma por una serie de glándulas endocrinas, las cuales reciben tal denominación porque vierten sus secreciones en la sangre y no al exterior, como las glándulas exocrinas (por citar
algunos casos, las salivales, las sudoríparas y las lacrimales). También está el
caso, por ejemplo, del páncreas, que es una glándula mixta, cuyas secreciones
se dirigen a la sangre y al exterior –el jugo pancreático va al tubo digestivo.
Las glándulas endocrinas producen hormonas, las cuales son sustancias
que actúan como señales químicas para activar e inhibir procesos, con lo que
cumplen su función homeostática.
El hipotálamo es una glándula endocrina en los humanos que se ubica en
el cerebro y actúa emitiendo señales nerviosas o endocrinas; se considera el
órgano de control del sistema endocrino, ya que sus hormonas estimulan la
hipófisis, una glándula anatómicamente relacionada con
Hipotálamo
él, cuya función es estimular mediante sus hormonas
Glándula
a otras glándulas como la tiroides, las cápsulas suprapineal
rrenales, los ovarios y los testículos. Otras glándulas
Hipófisis
son las paratiroides, situadas junto a la tiroides; el
timo, que se encuentra debajo del esternón, y la
Tiroides
glándula pineal, que es un pequeño crecimiento Paratiroides
del cerebro (figura 4.20).
Concepto clave
Una hormona es una sustancia
producida por una glándula
endocrina, que la secreta a la
sangre para ser transportada
hasta la célula o tejido blanco
donde ejercerá su acción, es
decir, producirá una respuesta
celular.
Timo
Las hormonas y su función
Las hormonas son sustancias químicas
producidas en las glándulas con función
Cápsulas
suprarrenales
endocrina. En cuanto a su naturaleza química, se reconocen cuatro tipos: proteínas,
péptidos, aminas y esteroides.
Ovarios
Aunque presentan esta diversidad química, todas tienen en común que son vertidas de la glándula a la sangre, donde circulan a
las células blanco, llamadas así porque en ellas las
hormonas ejercen su acción para producir la respuesta celular.
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Páncreas
Testículo
Figura 4.20 Posición anatómica
de las glándulas del sistema
endocrino.
12/14/06 9:29:45 PM
Unidad 4 Procesos en los animales
136
a)
c)
Figura 4.21 Tres formas de
comunicación de las células
mediante mensajeros químicos.
a) Una célula glandular secreta
una hormona que pasa a la sangre
para actuar sobre una célula
blanco en un tejido distante. b)
Una neurona secreta una hormona
que va a la sangre para llegar a
su célula blanco. c) Una neurona
secreta un neurotransmisor que se
deposita en el espacio intercelular,
en este caso sináptico, para
estimular una neurona cercana sin
que el neurotransmisor circule por
la sangre.
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Al circular en la sangre, las hormonas llegan prácticamente a todas las
partes del cuerpo, lo que demuestra la importancia del sistema endocrino
como regulador de numerosos procesos; por ejemplo, el crecimiento, el desarrollo y la reproducción.
Las hormonas se producen en pequeñísimas cantidades, pero su efecto
es muy grande al causar respuestas celulares drásticas a su pequeño estímulo. Sin embargo, en ocasiones esa respuesta es lenta por el tiempo que
implica la producción de la hormona en la glándula, su circulación hasta
llegar a las células blanco y la producción de proteínas que ocurre como
respuesta celular al estímulo. En determinadas situaciones –por ejemplo,
cuando el animal está en peligro– su respuesta debe ser instantánea, lo cual
se logra mediante la interacción del sistema endocrino y el nervioso, que se
complementan. Este último también produce hormonas y neurotransmisores que, a diferencia de las hormonas de las glándulas, producen reacciones
inmediatas.
En efecto, en el sistema nervioso hay células neurosecretoras que producen hormonas que se vierten a la sangre para estimular las células blanco. La transmisión de un estímulo de una neurona a
otra también se realiza mediante señales químicas,
llamadas neurotransmisores, las cuales se distinguen
de las hormonas porque no circulan en la sangre sino
b)
que se producen como secreción de una neurona
para estimular a las neuronas contiguas; de este
modo, se desarrolla la conducción del estímulo
por los nervios.
Existen otros tipos de señales químicas de acción semejante a los neurotransmisores: los llamados reguladores locales, entre los que se encuentran las prostaglandinas,
que actúan sobre las fibras musculares del útero durante el
parto, o las interleucinas, con funciones en los procesos de
inmunización (figura 4.21).
De acuerdo con su naturaleza química, las hormonas siguen
determinado mecanismo para producir una respuesta celular.
Las que son proteínas, aminas o péptidos siguen un patrón de
acción semejante: cuando la hormona llega al órgano o tejido con las células blanco, se enlaza con proteínas receptoras de la hormona situadas en las
membranas celulares; dichos receptores no tienen otras células, por lo que
no se afectan por la hormona. Una vez unida la hormona a su receptor de
membrana comienza una cadena de reacciones entre moléculas, llamadas
de transmisión, que terminarán con la producción de una proteína que constituirá la respuesta. Todo el proceso se realiza entonces en el citoplasma de
la célula.
Las hormonas esteroides siguen otro mecanismo: penetran a través de la
membrana de la célula blanco y en el citoplasma se unen a una proteína re-
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Tema 4.5 Sistema endocrino
ceptora; el complejo hormona-receptor entra en el núcleo, donde activa ciertos genes
para producir el aRN mensajero correspondiente, que sintetizará la proteína específica
como respuesta (figura 4.22).
A veces una hormona actúa en diferentes células blanco con receptores distintos
que desencadenan respuestas diversas; por
ejemplo, la misma hormona puede desencadenar en una célula el desdoblamiento
de una sustancia en otras, y si la célula es
muscular, estimular su contracción.
A partir de estos planteamientos generales para todas las hormonas, analizaremos
las funciones de algunas de ellas.
Síntesis del
producto
Producto
Membrana
nuclear
Receptor
Moléculas de
transmisión
Receptor de
membrana
Hormona
a)
Hormonas del hipotálamo y la hipófisis
El hipotálamo es una estructura con funciones nerviosas y glandulares que
forma parte del cerebro. Está anatómicamente relacionado con la glándula
hipófisis, en la que se distinguen dos lóbulos: la hipófisis posterior de tejido
nervioso, que prácticamente es una continuidad del hipotálamo, y la hipófisis anterior, de tejido glandular.
En la hipófisis posterior se acumulan y luego son secretadas a la sangre
las hormonas oxitocina y antidiurética producidas por el hipotálamo. La primera desencadena tanto las contracciones uterinas durante el parto como
las de los músculos de las glándulas mamarias para la expulsión de leche en
la lactancia; por su parte, la segunda favorece la reabsorción de agua en los
conductos renales.
La hipófisis anterior produce sus propias hormonas en respuesta a la
estimulación de hormonas mensajeras producidas por el hipotálamo. Las
hormonas de la hipófisis anterior son la del crecimiento (estimula el crecimiento, especialmente de Hipotálamo
los huesos), la estimulante de la tiroides (estimula a
la tiroides), la adrenocorticotrópica (estimula a las cápsulas suprarrenales), la estimulante del folículo (estimula
la maduración de un óvulo en el ovario y la producción
de espermatozoides en el testículo), la luteinizante
Hipófisis posterior
(estimula la ovulación), la prolactina (estimula la
producción de leche) y las endorfinas (con efecto in- Oxitocina
hibidor del dolor).
Antidiurética
Como se advierte, el hipotálamo es el centro de control del sistema endocrino, ya que regula el funcionamiento de las d e m á s
glándulas por medio de la hipófisis, al secretar hormonas mensajeras que
estimulan a otras glándulas y hormonas de inhibición que suspenden la producción hormonal de la hipófisis (figura 4.23).
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137
b)
Figura 4.22 Diferentes formas
de acción de las hormonas. a)
Las hormonas del tipo de las
proteínas, péptidos o aminas
se combinan con receptores
de la membrana celular para
desencadenar reacciones,
mediante moléculas de
transmisión, con el fin de obtener
el producto como respuesta
celular a la acción hormonal. b)
Las hormonas de tipo esteroide
penetran en el citoplasma y ahí se
unen a su receptor para después
entrar juntos en el núcleo de la
célula, donde se activan genes
y se producen mensajeros que
sintetizarán la proteína que
constituye la respuesta celular.
Hipófisis anterior
Prolactina
Estimulante
de tiroides
Folículo
estimulante
Endorfinas
Luteinizante
Adrenocorticotrópica
Figura 4.23 Hormonas producidas
por los lóbulos posterior y anterior
de la hipófisis, bajo el control del
hipotálamo.
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138
Unidad 4 Procesos en los animales
Cuando por alguna causa se altera la producción de las hormonas hipofisiarias se presentan enfermedades. El gigantismo y el enanismo son un
ejemplo del exceso o de la deficiencia de la hormona del crecimiento.
Hormonas de la tiroides
La glándula tiroides produce dos hormonas muy semejantes en acción: la tiroxina (T4) y la triyodotironina (T3), simbolizadas de esta manera porque en
su molécula se encuentran cuatro o tres átomos de yodo. Ambas hormonas intervienen en el desarrollo del organismo y controlan el metabolismo energético. Por ejemplo, si existe una deficiencia de las hormonas durante la infancia se
produce una enfermedad llamada cretinismo (falta de crecimiento y desarrollo
físico y mental). Si la producción deficiente o en exceso sucede después de la
infancia, se presentan alteraciones como el hipo o el hipertiroidismo, respectivamente; en el primero, la persona tiene un bajo metabolismo energético, de
manera que en lugar de que los alimentos se procesen para obtener energía, se
almacenan y producen sobrepeso, así como un estado de aletargamiento; en el
segundo, la persona pierde peso y suda profusamente, con lo que libera calor.
El bocio es otro padecimiento de la tiroides, el cual se presenta por carencia de yodo en la dieta. Cuando se tiene una producción de hormonas
normal, la hipófisis detiene la producción de la hormona estimulante de la
tiroides. Al no producirse suficiente hormona por falta de yodo, su cantidad
disminuye en la sangre y la producción de la hormona estimulante de la
tiroides por parte de la hipófisis continúa. Esto resulta en el crecimiento excesivo de la tiroides conocido como bocio.
Hormonas de tiroides y paratiroides
La tiroides produce la hormona calcitocina y la paratiroides, la paratiroidea.
Ambas tienen como función mantener regulada la concentración de calcio en
la sangre. De la existencia de ese nivel constante de calcio dependen funciones tan importantes como la contracción muscular, la coagulación sanguínea
y el transporte de sustancias a través de las membranas celulares.
Las hormonas calcitocina y paratiroidea se consideran de acción antagónica, pues lo que una estimula la otra lo inhibe.
Una elevación del calcio en la sangre estimula la tiroides para producir
calcitocina, la cual actúa en tres blancos: los huesos, donde se deposita el
calcio excedente, el intestino, que reduce la absorción de calcio, y el riñón,
donde se inhibe su reabsorción. La disminución de calcio en la sangre por estos tres mecanismos estimula la paratiroides para que produzca su hormona,
que actúa en sentido contrario, es decir, libera calcio de los huesos y favorece
su absorción y reabsorción en intestino y riñón.
Hormonas del páncreas
El páncreas es una glándula que realiza una doble función al secretar hormonas
a la sangre y jugo pancreático con enzimas al intestino. En el tejido pancreático
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Tema 4.5 Sistema endocrino
139
se hallan dos tipos de células: las alfa, que producen la hormona glucagon,
y las beta, que secretan la insulina. Ambas hormonas cumplen una función
antagónica con el fin de controlar la cantidad de glucosa disponible para la
respiración, de manera que se mantenga en un nivel constante en la sangre.
Estas hormonas actúan como sigue: cuando se eleva la cantidad de glucosa en la sangre, como sucede cuando acabamos de comer, el páncreas lo
detecta como un estímulo para secretar insulina, que funciona como una señal para que las células absorban la glucosa, lo cual disminuye su concentración en la sangre. En particular, las células de los músculos y el hígado toman
los excedentes y los acumulan como reserva en forma del polisacárido glucógeno. Cuando el nivel de glucosa en la sangre baja, el páncreas suspende su
producción de insulina para secretar el glucagon, que en su función antagónica hace que el glucógeno, que está en reserva, se desdoble en moléculas de
glucosa que van a la sangre para restablecer el nivel normal.
Hormonas de las cápsulas suprarrenales
Estas cápsulas son dos glándulas que se ubican anatómicamente sobre los
riñones. En su estructura se distinguen dos zonas, una cortical (externa) y
otra medular (central).
En la corteza se producen hormonas mineralocorticoides que regulan el
sodio y el agua al actuar sobre el riñón para que se reabsorban y regresen a
la sangre, y hormonas glucocorticoides, que contribuyen con el glucagon
a elevar la glucosa en la sangre mediante la transformación de proteínas
musculares en glucosa.
En la médula suprarrenal se producen dos hormonas: la epinefrina (adrenalina) y la norepinefrina (noradrenalina), que afectan diferentes órganos,
donde cumplen funciones distintas.
En general, las hormonas de las cápsulas suprarrenales tienen como función conjunta la respuesta del organismo a situaciones de tensión o estrés; de
manera particular, las de la médula se conocen como hormonas de defensa o
ataque. Su producción depende de la acción de señales nerviosas que tienen
origen en el hipotálamo y su función es levantar condiciones de alerta ante
situaciones de tensión, tanto positivas como negativas; por ejemplo, emociones placenteras o de peligro. En situaciones como éstas la epinefrina y la
norepinefrina aumentan el ritmo cardiaco y la presión sanguínea, favorecen
la liberación de glucosa a la sangre y dilatan los vasos sanguíneos que van a
órganos fundamentales como el cerebro y los músculos para garantizar que
reciban un suministro de glucosa, en tanto que contraen los vasos periféricos
en órganos no tan esenciales en esa situación.
Con esos cambios, además de los producidos por las hormonas de la corteza, el organismo se encuentra preparado para reaccionar de manera adecuada ante el estímulo.
Las acciones de las hormonas de la corteza contribuyen con las de la médula a mantener un medio interno constante para el funcionamiento de las
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Unidad 4 Procesos en los animales
células de todo el organismo y para ponerlo en condiciones adecuadas para
responder a estímulos externos.
Hormonas de las glándulas sexuales
Tanto la glándula femenina (el ovario) como la masculina (el testículo), además de producir los óvulos y espermatozoides, respectivamente, producen
tres tipos de hormonas de naturaleza esteroide, los andrógenos, los estrógenos y las progestinas, aunque en diferentes proporciones. El ovario produce
estrógenos y progestinas en mayor cantidad que el testículo, en tanto que
éste produce andrógenos en una concentración más alta.
Los estrógenos tienen como función promover en la pubertad el desarrollo de las características sexuales secundarias femeninas; por ejemplo, el
crecimiento de las glándulas mamarias, un depósito de tejido graso dispuesto de manera diferente que el del hombre, la voz delgada, etcétera. Entre las
progestinas es muy importante la progesterona, cuya función es preparar el
útero para que reciba el embrión, en caso de que haya fecundación.
Entre los andrógenos, la hormona más importante es la testosterona, que
promueve en la pubertad la aparición de caracteres secundarios masculinos
como mayor crecimiento del volumen corporal, engrosamiento de la voz,
etcétera.
Las hormonas de las glándulas sexuales o gónadas se producen por estimulación del hipotálamo mediante su acción sobre la hipófisis, cuyas hormonas regulan los ciclos reproductores.
Hormonas de la glándula pineal y del timo
La glándula pineal es una pequeña protuberancia del cerebro que produce
una hormona llamada melatonina, relacionada con la regulación de los ciclos
cotidianos (por ejemplo, los de sueño y vigilia) o con los ciclos reproductores
estacionales de algunos vertebrados. Su producción está relacionada con la
luz, en el sentido de que su concentración en la sangre aumenta durante el
día y disminuye por la noche.
El timo es una glándula que se sitúa por debajo del esternón. En los niños
es muy grande, pero se reduce notablemente una vez que se ha desarrollado
por completo el sistema inmunitario. La hormona que produce es un péptido llamado timosina, el cual estimula el desarrollo de las células T, que son
linfocitos productores de anticuerpos.
Diabetes como ejemplo de desorden hormonal
La diabetes es una enfermedad vitalicia, ya que hasta ahora no se ha logrado
encontrar una cura contra ella. No obstante, sí es posible controlarla mediante tratamiento médico y un estilo de vida que reduzca sus riesgos.
Se trata de un trastorno hormonal que se origina por una actividad insuficiente de las células del páncreas encargadas de producir insulina, lo que
resulta en una elevación del nivel de glucosa en la sangre.
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Tema 4.5 Sistema endocrino
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Hay dos tipos de diabetes: la de tipo 1, que generalmente se diagnostica en la infancia y cuyo tratamiento consiste en la administración diaria
de insulina para suplir la que no produce el páncreas; y la más frecuente,
llamada diabetes 2, que se presenta en la edad adulta. También se considera
una diabetes gestacional que aparece durante el embarazo en personas que
no tienen la enfermedad.
Los siguientes son factores de riesgo: la existencia de antecedentes familiares, pues hay una predisposición genética; la obesidad; la edad (con mayor
incidencia de los 45 años en adelante); presión arterial alta, y nivel alto de
colesterol en la sangre.
Los síntomas más notables son necesidad frecuente de orinar, sed y hambre excesivas, lo mismo que disminución de peso.
La deficiencia de insulina hace que la glucosa en exceso se mantenga en
la sangre y no sea transportada al hígado y los músculos. La glucosa que no
se utiliza se elimina por vía renal; pero como en los riñones disminuye la reabsorción de agua, entonces se elimina en una orina muy diluida. La falta de
glucosa disponible como combustible origina que de manera compensatoria
se movilicen grasas y proteínas como material para obtener energía, con lo
que la persona pierde peso. Los productos del metabolismo de estas sustancias se denominan cuerpos cetónicos y cetoácidos, que dan a la orina y el aliento
un olor característico.
Las alteraciones en el control de la glucosa suelen derivar en otro tipo de
padecimientos; entre ellos los más frecuentes son la retinopatía y la ceguera,
así como trastornos renales y vasculares. Estos últimos adquieren importancia sobre todo porque las heridas y lesiones en las extremidades inferiores
presentan dificultad para cicatrizar y suelen infectarse, lo que muchas veces
conduce a la necesidad de amputaciones.
La diabetes 2 logra controlarse con tratamiento médico, el apoyo de ejercicio adecuado y el seguimiento de una dieta balanceada y baja en grasas.
Lectura y análisis
Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema endocrino, contesta las siguientes preguntas.
1. ¿Qué diferencia hay entre una glándula exocrina y una endocrina?
2. ¿Qué caracteriza la acción de una hormona?
3. ¿Qué diferencia hay entre una hormona y un neurotransmisor?
4. ¿Cuál es la diferencia entre la acción de las hormonas esteroides y las de naturaleza proteica?
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5. ¿Cuál es la importancia del hipotálamo y la hipófisis en el
sistema endocrino?
6. Elabora un cuadro sobre las hormonas que incluya: su
nombre, glándula que la produce, naturaleza química y
función.
7. Diseña un diagrama que muestre la acción de las hormonas del páncreas.
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Unidad 4 Procesos en los animales
4.6 Sistema nervioso
Concepto clave
La unidad funcional del sistema
nervioso es la neurona, un tipo
de célula muy especializada
para transmitir estímulos y
respuestas a los nervios. La
transmisión de los impulsos
nerviosos es un proceso tanto
eléctrico (por depolarización de
la membrana neuronal) como
bioquímico (por la producción
de neurotransmisores que pasan
el impulso de una neurona a
otra).
Funcionamiento de la neurona
El sistema nervioso regula todas las actividades funcionales que ponen en
relación al organismo con su ambiente y constituye, junto con el hormonal,
uno de los sistemas de procesamiento de información de éste.
Este sistema evolucionó de la red neuronal simple de los celenterados a
los sistemas ganglionares ventrales de los invertebrados, para luego alcanzar
la gran complejidad del sistema nervioso de los cordados, el cual analizaremos en seguida tomando como ejemplo el de la especie humana.
Básicamente, el sistema consta de receptores de información, que registran los estímulos del medio; centros de integración, donde se procesa la
información y se selecciona la respuesta que dará el organismo al estímulo, y
efectores, que ejecutan las respuestas del cuerpo. Estos tres elementos están
conectados mediante vías o rutas de transmisión de la información; así, los
receptores (los órganos de los sentidos y las terminales nerviosas en la piel)
se comunican con los centros de integración (el cerebro y la médula espinal)
por medio de una ruta sensitiva, y del centro de integración la información
viaja por una vía motora hacia los efectores (por ejemplo, los músculos).
Desde el punto de vista estructural, el sistema nervioso de los cordados,
particularmente el de los mamíferos, se subdivide en dos: el sistema nervioso
central –que incluye el encéfalo y la médula espinal– y el sistema nervioso
periférico –formado por los nervios craneales que parten del encéfalo y los
nervios raquídeos que salen de la médula espinal–. Sin embargo, si se parte
desde un criterio funcional hay que añadir el sistema nervioso autónomo, que
comprende el simpático y el parasimpático, los cuales cuentan con funciones
antagónicas en lo que respecta a los movimientos involuntarios viscerales.
El órgano fundamental del sistema nervioso central es el cerebro, que
no sólo coordina el desarrollo de las diferentes actividades funcionales del
organismo, sino que también se encarga de funciones de gran complejidad
como la percepción, la memoria, el aprendizaje y la conciencia.
Las neuronas, que son células sumamente especializadas, constituyen
la unidad funcional del sistema nervioso, el cual está básicamente formado
por tejido nervioso. De acuerdo con su función, las neuronas se clasifican en
sensitivas, si conducen información de receptores a centros de integración;
motoras, si la llevan de estos últimos a los efectores, e interneuronas, que se
hallan en el centro de integración, procesan la información y se conectan con
otras interneuronas o directamente con las neuronas motoras.
Estructura de una neurona
Una neurona es una célula de forma estrellada con un cuerpo celular que
consta de un núcleo, organelos celulares y una gran cantidad de prolongaciones y ramificaciones que le dan una forma característica; aquellas más
cortas y numerosas se denominan dendritas, en tanto que la más larga se
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Tema 4.6 Sistema nervioso
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Dendritas
llama axón. La información viaja en un sentido: de las dendritas (que captan el estímulo en el cuerpo o soma) al axón, el
Cuerpo o
cual termina en unas pequeñas protuberancias (los botones
soma
sinápticos) que, al secretar neurotransmisores, relacionan la
neurona con otras neuronas.
El axón está cubierto por las células de Schwann, que se
arrollan sobre él y se cubren de mielina, una sustancia aislante
Axón
que favorece que se transmita la información a gran velocidad, ya
que no viaja de manera continua a lo largo de todo el axón sino que
Nódulo de
Ranvier
avanza a saltos de un nódulo de Ranvier a otro. Estos nódulos son los espacios que quedan libres de mielina entre las células de Schwann (figura 4.24).
Fisiología de la transmisión en la neurona
La transmisión de la información nerviosa comporta dos tipos de mecanismos, uno eléctrico y otro bioquímico.
Proceso eléctrico La membrana de las neuronas tiene una diferencia de potencial que es, en reposo, de -70 milivolts; esto se debe a que en su lado
externo hay una carga positiva por acumulación de sustancias cargadas positivamente —en especial, iones de sodio (Na+)— y en su lado interno, hacia
el citoplasma, una carga negativa –con iones de potasio (K+), cloro (Cl-).
En la membrana existen proteínas que funcionan como canales para la
difusión de iones. El potencial de reposo se genera porque los canales de Na+
permanecen cerrados y, en consecuencia, el ión no se difunde hacia el citoplasma, mientras que los canales de difusión del K+ están abiertos para que este
ión salga de la célula. Otras proteínas, llamadas bombas de Na+ y K+, eliminan
sodio y difunden potasio en el interior celular mediante transporte activo.
La transmisión nerviosa implica cambios en el potencial de reposo por
acción de los estímulos que recibe la neurona. El estímulo hace que los canales de sodio se abran y se incremente su concentración en el interior de
la membrana hasta alcanzar el potencial umbral (el mínimo necesario para
producir el potencial de acción, o de respuesta, ya positivo).
La inversión de la carga de una membrana se debe a que el estímulo provoca que algunos canales de sodio se abran y dejen entrar el ión; el cambio
de voltaje, aunque mínimo, estimula la apertura de
Exterior
más canales para llegar al poIón sodio
tencial umbral y al de ac(Na+)
ción. Cuando el potencial
de acción llega a lo más
alto es la señal para que
Membrana
los canales de sodio se
Canal de
celular
Canal de
sodio
potasio
cierren y los de potasio
cerrado
Bomba de
abierto
se abran para recuperar
sodio-potasio
el potencial de reposo
Proteína
(figura 4.25).
Ión potasio (K+)
Interior
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Vaina de
mielina
Células de
Schwann
Botón
sináptico
Figura 4.24 Estructura de una
neurona. Las flechas indican la
transmisión saltatoria del impulso
nervioso de un nódulo de Ranvier
a otro.
Figura 4.25 Canales para el paso
de iones de un lado a otro de la
membrana celular. El esquema
muestra cómo se genera el
potencial de reposo en la neurona.
Los canales de sodio están
cerrados (lo que impide la entrada
de sodio en la célula), en tanto
que los de potasio están abiertos
(lo cual permite la salida de este
ión). La bomba de sodio-potasio,
como mecanismo de transporte
activo, bombea sodio hacia el
exterior y potasio al interior;
con ello se genera el potencial
negativo de la membrana.
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144
Unidad 4 Procesos en los animales
El potencial de acción es un hecho localizado, es decir, sucede en una sola
parte del axón. Sin embargo, la información del estímulo se propaga a todo
el axón hasta llegar a los botones sinápticos; se trata de un proceso semejante
a una onda de transmisión, donde una región estimulada del axón estimula a
su vez la región contigua y ésta a la que sigue; dicha transmisión se realiza
en una sola dirección.
Esto se logra por la acción de los canales de difusión. Cuando la región
excitada del axón llega a su potencial de acción, abre los canales de potasio,
de manera que en la región contigua se abren los de sodio para alcanzar un
nuevo potencial de acción. No hay posibilidad de que la información se propague en sentido inverso, pues mientras los canales de potasio estén abiertos, los de sodio permanecerán cerrados; tal circunstancia sólo es factible que
se presente en la región que está en reposo.
Proceso bioquímico Una neurona generalmente no hace contacto con otra,
sino que entre ellas queda un pequeño espacio denominado sinapsis o hendidura sináptica. En algunos casos la transmisión en la sinapsis es eléctrica (un
cambio de voltaje estimula a la siguiente neurona), situación común en las
células del corazón; pero en otros, como sucede en la mayoría de los órganos,
el impulso deja de ser eléctrico para convertirse en bioquímico.
Cuando el estímulo propagado en el axón llega a los botones sinápticos,
pequeñas vesículas llenas de neurotransmisores descargan su contenido en
el espacio sináptico, se unen a los receptores de membrana de la siguiente
neurona y estimulan sus canales de iones para generar el primer potencial de
acción. Luego el neurotransmisor, que es de acción muy breve y precisa, se
degrada y los canales se cierran, pero ya se ha transmitido el impulso.
Una célula neuronal recibe información de otras neuronas mediante los
neurotransmisores, los cuales son de naturaleza química variada; desde el
punto de vista funcional son excitadores o inhibidores, según los canales que
abran (por ejemplo, de sodio o de cloro), es decir, no siempre desencadenan
potenciales de acción en otras neuronas. El organismo cuenta con una gran
variedad de respuestas a un estímulo, según las neuronas hayan procesado
la información.
En general, el sistema nervioso de los vertebrados tiene dos elementos:
un sistema central y un sistema periférico.
El sistema nervioso central
En el hombre, el sistema nervioso central está representado por el cerebro y
la médula espinal. Esta última recibe información sensorial de los músculos
y la piel, e igualmente envía información motora a los músculos para el movimiento.
El cerebro es el órgano central de control, que recibe información de los
órganos de los sentidos, controla la función de la médula espinal, ejerce la
regulación de los sistemas homeostáticos para el funcionamiento óptimo y
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Tema 4.6 Sistema nervioso
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armónico de los órganos del cuerpo y es, además, el centro de las emociones
y el intelecto.
El sistema nervioso central deriva del tubo neural que se forma en los
primeros estados del desarrollo embrionario y que pronto empieza a diferenciarse en la zona cefálica al formar tres regiones: 1) el prosencéfalo, que
derivará en el cerebrum, el tálamo, el hipotálamo y la hipófisis posterior;
2) el mesencéfalo, y 3) el metencéfalo, que dará origen al puente de Varolio,
al cerebelo y a la médula oblonga.
La región del tubo neural que recorre el cuerpo del embrión a partir de
la cabeza, constituye la médula espinal, que quedará alojada en la columna
vertebral.
El cerebrum es la parte más grande y compleja del sistema. Está formado
por dos hemisferios, derecho e izquierdo, conectados por las fibras nerviosas
que forman el cuerpo calloso, por debajo del cual se hallan los ganglios o
núcleos basales, importantes en la coordinación motora.
El tálamo tiene la función de seleccionar la información que va hacia el
cerebro, omitiéndola o mejorándola.
El hipotálamo, como se explicó en el apartado sobre el sistema endocrino, activa la hipófisis y por medio de ella las diversas glándulas. Además, es
un centro que regula la temperatura corporal, las sensaciones de hambre y
sed, lo mismo que emociones como la ira y el placer.
El mesencéfalo y los derivados del metencéfalo constituyen en conjunto
el tallo cerebral. Toda la información que sale del cerebrum o llega a él pasa
Nervios
por el tallo cerebral, que funciona como un filtro de información; además,
craneales
Cerebro
regula el movimiento corporal –por ejemplo, el caminar– y funciones como
la respiración, la digestión y la circulación sanguínea.
Todos los órganos del sistema nervioso central son huecos. En el cerebro
hay espacios llamados ventrículos, los cuales se continúan en el canal central
Nervios
espinales
de la médula espinal. En estos espacios circula el líquido cerebroespinal, que
además de ser un amortiguador para los órganos centrales, transporta nutrientes, hormonas y glóbulos blancos.
En un corte transversal de la médula espinal se logran distinguir dos
regiones que, por su apariencia, son llamadas materia gris
a)
(en el centro) y materia blanca (hacia la periferia). La
primera consta fundamentalmente de los cuerpos
Ventrículos
Médula
neuronales, en tanto que la segunda está constituida
espinal
por los axones mielinizados.
b)
En el cerebro, la disposición de la materia gris constituye la corteza cerebral; en ella se logran identificar regiones funcionales de gran complejidad, como aquellas en las
Materia
gris
que se integra la información que llega de los órganos de
Figura 4.26 a) Elementos
c)
principales del sistema nervioso
los sentidos y se coordina el lenguaje, la lectura y la
central. b) Cerebro. c) Corte
capacidad reflexiva (figura 4.26).
trasversal de la médula espinal,
Materia
blanca
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Materia
central
donde se señala la posición de
las materias gris y blanca.
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Unidad 4 Procesos en los animales
146
El sistema nervioso periférico (somático y autónomo)
Este sistema está constituido por ganglios y nervios que conducen información ya sea hacia o desde el sistema central. Los nervios que conducen información hacia o desde el cerebro se denominan nervios craneales y los que llevan
información hacia o desde la médula espinal se denominan nervios raquídeos.
El sistema nervioso periférico se constituye de dos ramas funcionales: 1)
la sensorial, que involucra dos conjuntos de neuronas: las que proporcionan
al sistema central información proveniente del exterior (por ejemplo, de los
órganos de los sentidos) y las que le envían información del interior del cuerpo (por citar un caso, de la composición química o la acidez de la sangre); y
2) la rama motora, que abarca las funciones de las neuronas del sistema nervioso somático que conducen información del sistema central a los efectores
(por ejemplo, las neuronas motoras de los músculos esqueléticos y las del
sistema autónomo que llevan información hacia las vísceras).
El sistema nervioso somático controla el movimiento voluntario, como
cuando caminamos o movemos un brazo; mientras que el sistema nervioso
autónomo controla el movimiento involuntario, por ejemplo, el de los pulmones, el tubo digestivo y el corazón.
El sistema nervioso autónomo está constituido por dos sistemas neuronales con funciones antagónicas (es decir, que si uno inhibe, el otro activa): el
parasimpático y el simpático. En general, el parasimpático coordina funciones para la obtención y conservación de la energía corporal, en tanto que el
simpático coordina las funciones que la consumen.
Por citar algunos casos, el parasimpático estimula los movimientos del
tubo digestivo, inhibe los del corazón y constriñe los bronquios, en tanto que
el simpático inhibe los movimientos del tubo digestivo, acelera los del corazón y relaja los bronquios.
Los nervios del parasimpático tienen su origen en el tallo cerebral y en
la parte final de la médula espinal; en cambio, los del simpático surgen de la
médula espinal (figura 4.27).
Sistema nervioso
periférico
Rama sensorial
Conduce la
información
que llega del
exterior.
Conduce la
información
que llega del
interior.
Rama motora
Sistema nervioso autónomo
Sistema nervioso somático
Movimientos involuntarios
Movimientos voluntarios
Sistema simpático
Sistema parasimpático
Figura 4.27 Organización funcional del sistema nervioso periférico.
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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo
147
Riesgos para el sistema nervioso:
uso de drogas y alcohol
Entre sus importantes y diversas funciones, el hipotálamo se identifica como
centro nervioso que nos hace experimentar emociones, entre ellas el placer;
pero también se podría considerar un centro de adicción, ya que drogas como
la cocaína producen efectos en su funcionamiento. Esa droga desencadena
una respuesta de euforia durante un lapso que va de cinco a 20 minutos,
seguida de estados de depresión.
La nicotina del tabaco y el alcohol son drogas legales, mientras que la
marihuana, la heroína, la cocaína y las anfetaminas no lo son. En general, su
consumo afecta los procesos de transmisión nerviosa, lo cual produce diversos efectos, como eliminar las sensaciones de fatiga, dolor y apetito; alterar
la percepción de colores, olores, sabores y manifestación de alucinaciones;
disminuir la coordinación motriz y reducir la rapidez de las respuestas reflejas; reducir la capacidad de aprendizaje, memoria y concentración; alterar el
sueño y disminuir el placer sexual.
El uso de drogas, además de la sensación de placer y tranquilidad, genera una tolerancia que lleva a incrementar cada vez más el consumo en cuanto
a frecuencia y cantidad, o a combinar sustancias, lo cual supone mayores
riesgos.
Lectura y análisis
Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema nervioso, elabora lo siguiente:
1. Un cuadro sinóptico de la clasificación del sistema nervioso, donde queden explicadas las funciones de cada componente.
2. Un esquema de la estructura de una neurona.
3. Un diagrama del mecanismo eléctrico y bioquímico de la
transmisión nerviosa.
4.7 Reproducción y desarrollo
Sistemas reproductores masculino y femenino
Los sistemas reproductores masculino y femenino en la especie humana están constituidos por dos gónadas o glándulas sexuales, donde se producen
los gametos, así como por una serie de conductos por donde circulan estas
células y que posibilitan la copulación.
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Concepto clave
Los testículos son las gónadas
masculinas; producen los
espermatozoides y hormonas que
causan la aparición de caracteres
sexuales secundarios.
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148
Unidad 4 Procesos en los animales
Sistema reproductor masculino
Conducto
deferente
Epidídimo
Escroto
Figura 4.28 Órganos del sistema
reproductor masculino. La vesícula
seminal no se observa en el
esquema por estar ubicada atrás
de la vejiga urinaria.
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Las gónadas masculinas son los testículos; en ellos se realiza la espermatogénesis, o formación de espermatozoides. La cavidad abdominal cuenta con
una temperatura en la que estas células no pueden desarrollarse; en cambio,
los testículos son órganos externos que tienen una temperatura más baja y
están protegidos por una bolsa, llamada escroto, donde se alojan.
Dentro de un testículo hay una gran cantidad de finos conductos, denominados seminíferos. Las células de las paredes de los túbulos son las espermatogonias, que por meiosis dan origen a los espermatozoides; éstos, una
vez formados, quedan dispuestos en la luz del tubo para ser expulsados hacia el epidídimo (un conducto más grueso que se sitúa sobre el testículo),
donde se almacenan hasta el momento de ser eyaculados.
La eyaculación implica contracciones musculares para la expulsión, por
el pene, del líquido seminal que contiene los espermatozoides. Así, estas
células salen del epidídimo hacia el conducto deferente, que penetra en la
cavidad abdominal y da vuelta sobre la vejiga urinaria; en ese nivel, se une
al conducto de salida de la vesícula seminal para formar un solo conducto,
llamado eyaculador, el cual se une al que viene del otro testículo para formar
la uretra, que recorre el pene para que salgan los espermatozoides.
Aunque la uretra es un conducto que utilizan en común el sistema urinario y el reproductor, no funciona al mismo tiempo, ya que existe un esfínter
en la base de la vejiga que se cierra para evitar la salida de
orina durante la eyaculación.
Glándula
prostática
Además de los conductos, el sistema reproductor
masculino presenta tres juegos de glándulas: dos vesícuVejiga
las seminales, que secretan un líquido con nutrientes para
urinaria
los espermatozoides; la próstata, que produce un líquido
que amortigua la acidez tanto de la uretra (por los restos
Glándula
de orina) como de la vagina (donde serán depositados los esbulbouretral
permatozoides durante la relación sexual), y dos glándulas
bulbouretrales, que secretan un líquido que lubrica la
Testículo
uretra para proteger a los espermatozoides en su recorrido. El semen es el conjunto de estas secreciones, en las
que van suspendidos los espermatozoides.
El pene está formado por el tallo que termina en el glande
o cabeza, e internamente se encuentra constituido por un tejido
esponjoso y profusamente irrigado e inervado que, al llenarse
de sangre, produce la erección necesaria para penetrar la vagina. El glande del pene está protegido por un repliegue cutáneo
que se denomina prepucio.
Además de producir los espermatozoides como un proceso permanente, el testículo es una glándula endocrina que produce, por la
acción de la hipófisis anterior, hormonas de tipo andrógeno, de las cuales
la más importante es la testosterona (figura 4.28).
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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo
Sistema reproductor femenino
Las gónadas femeninas son los ovarios, situados en la cavidad abdominal.
En ellos, particularmente en la corteza, se realiza la ovogénesis, o producción
de óvulos, como un proceso cíclico controlado por las hormonas que el mismo ovario produce y por las que secreta la hipófisis anterior.
Cada ovario se sostiene mediante ligamentos que lo mantienen prácticamente suspendido dentro de la abertura en forma de embudo de un conducto llamado oviducto. Los dos oviductos desembocan en el útero o matriz
–donde tiene lugar el desarrollo embrionario si es que un óvulo fue fecundado–, que se abre en la vagina, la cual funge como conducto de entrada
para los espermatozoides durante el acto sexual y como
conducto de salida de óvulos no fecundados, o del niño Oviducto
como canal del parto.
Además de las gónadas y los conductos, que son órganos internos, el sistema reproductor femenino presenta órganos
externos: los labios menores y mayores, que como repliegues
de la piel sirven de protección, los primeros para las aberturas de
Ovario
la uretra y la vagina, y los segundos para toda el área genital; y las
glándulas de Bartholin, ubicadas cerca de la abertura vaginal, que
secretan un líquido que lubrica la zona durante el acto sexual.
Tanto la vagina como los labios menores y el clítoris, que es un órgano homólogo al pene, son muy sensibles a la estimulación durante el acto
sexual y producen una sensación de placer que lleva al orgasmo, el punto
más alto del placer sexual (figura 4.29).
Como ya mencionamos, la función reproductora femenina es cíclica; tiene una duración de 28 días, aproximadamente, y en general Labios
menores
comienza a los 12 o 13 años de edad.
En la corteza del ovario se hallan las ovogonias, que por meiosis dan
origen a los óvulos. El ciclo empieza por acción tanto de la hormona estimulante del folículo como de la luteinizante, producidas por la hipófisis anterior. El efecto de la primera es estimular la maduración de un óvulo cada
ciclo, es decir, hacer que una ovogonia se transforme en ovocito primario y
luego secundario. Esta transformación sucede dentro de un espacio llamado
folículo, el cual está rodeado de células foliculares que producen estrógenos,
que quedan como un líquido que circunda casi por todas partes al ovocito;
de esta manera se forma un conjunto denominado folículo maduro.
Mientras está en maduración el folículo, el estrógeno se encuentra en
baja concentración, lo que inhibe la producción de hormonas por la hipófisis;
pero cuando está por terminar la maduración, la concentración de estrógeno
sube a su punto más alto y ejerce una acción positiva sobre esa glándula, la
cual produce una mayor cantidad de sus dos hormonas. No se conoce la acción de la estimulante del folículo después de este momento, pero en lo que
concierne a la luteinizante se sabe que ocasiona la secreción de enzimas que
rompen la pared del folículo para dejar salir al ovocito secundario dentro
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149
Concepto clave
El ovario es la gónada femenina;
produce los óvulos y hormonas
que ocasionan la aparición de
caracteres sexuales secundarios
y participan en el desarrollo
embrionario durante el
embarazo.
Útero
Vagina
Labios
mayores
Figura 4.29 Órganos
fundamentales del sistema
reproductor femenino.
12/14/06 9:30:10 PM
Unidad 4 Procesos en los animales
150
g)
a)
f)
d)
e)
Figura 4.30 Esquema de un corte
transversal del ovario, donde
se señalan las fases del ciclo
menstrual. a) Ovogonia rodeada
por una capa de células foliculares.
b y c) Ovocito primario en proceso
de la maduración del folículo.
Las células foliculares secretan el
líquido folicular con estrógenos.
d) Folículo maduro. El líquido
folicular rodea casi por todos lados
al ovocito secundario. e) Ovulación
o salida del ovocito secundario del
ovario al romperse las paredes del
folículo. El ovocito caerá dentro
de los oviductos. f) El folículo
vacío se transforma en el cuerpo
lúteo, el cual secreta la hormona
progesterona y dura en funciones
aproximadamente 10 días en cada
ciclo. g) Si no hay fecundación, el
cuerpo lúteo degenera y comienza
un nuevo ciclo.
Tabla 4.1. Fases del ciclo
menstrual.
del oviducto, proceso conocido como ovulación. El folículo
vacío se transforma en una glándula transitoria llamada
b)
cuerpo lúteo.
La hormona luteinizante, además de la ovulación, estimuc)
la la producción de estrógenos y de la hormona progesterona por
el cuerpo lúteo. La progesterona, al actuar sobre el útero, hace que
el tejido que forma su pared interna, el endometrio, prolifere y se irrigue profusamente para quedar en condiciones de recibir al embrión en
caso de embarazo (figura 4.30).
Si en el ciclo no hubo fecundación, el ovocito se elimina y el cuerpo
lúteo se degenera, además de que deja de producir progesterona, lo cual tiene dos efectos: 1) provocar que la hipófisis secrete nuevamente sus hormonas y comience un nuevo ciclo de maduración, y 2) que el tejido endometrial
que se había formado se rompa y desprenda, lo cual constituye el sangrado
menstrual.
Si en el ciclo tuvo lugar una fecundación, el cuerpo lúteo no se degenera
sino que continúa con su producción de progesterona durante tres meses
para mantener el útero en condiciones adecuadas para la implantación y desarrollo del embrión. Esta producción de progesterona se lleva a cabo por
acción de la hormona gonadotropina coriónica secretada por la parte embrionaria de la placenta.
En la tabla 4.1 se sintetiza el ciclo menstrual con todas sus fases.
Fase
Días
Menstruación
1-5
Maduración de un folículo
6-13
Ovulación y formación del cuerpo lúteo
14-17
Proliferación del endometrio
18-28
La fecundación (unión de los núcleos del óvulo y el espermatozoide)
tiene lugar cuando el ovocito se halla aproximadamente en el último tercio
del oviducto, de manera que desde ese momento empieza el desarrollo del
embrión, que llega como tal al útero y se implanta en el endometrio para
completar ahí su desarrollo.
Desarrollo embrionario
Los animales se originan a partir de una célula: el cigoto, resultado de la
fecundación. Con el cigoto comienza el desarrollo embrionario, en el cual se
identifican varias etapas:
Segmentación Esta etapa ha sido muy estudiada en el erizo de mar. Consiste
en sucesivas divisiones celulares muy rápidas en las fases de duplicación del
aDN, mitosis y citocinesis, pero muy lentas en las de formación de proteínas.
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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo
Así, a pesar de que el embrión pronto está constituido por miles de células, su tamaño no varía notablemente. Esta fase en que el embrión es
una masa compacta de células pequeñas recibe el nombre de mórula.
La mórula se hace hueca al aparecer una cavidad llamada blastocele
llena de líquido. Esta fase en que el embrión es una esfera hueca y sus
paredes son del grueso de una capa de células se conoce como blástula.
Hasta este momento, todas las células del embrión son iguales (figura
4.31).
a)
Gastrulación Esta etapa ha sido estudiada principalmente en la rana.
Durante esta fase, además de aumentar el número de células, empieza
e)
un proceso de diferenciación entre ellas hasta constituir un embrión,
la gástrula, que sigue como una esfera hueca con una cavidad nueva,
el arquenteron o intestino primitivo, y sus paredes formadas por tres
capas celulares, el ectodermo hacia fuera, el endodermo recubriendo la
cavidad y el mesodermo como una capa intermedia entre las otras dos.
La gástrula se forma por movimientos de invaginación de las células de
la blástula hacia el interior del blastocele, que termina perdiéndose para ser
sustituida por la nueva cavidad. Las células que quedan fuera forman el ectodermo y las que se invaginan el endodermo. Al mismo tiempo, se compone de células invaginadas la capa intermedia o mesodermo. El aspecto del
embrión sigue siendo una esfera hueca pero con un pequeño orificio donde
las células se invaginaron, llamado blastoporo, como abertura del arquenteron (figura 4.32).
Las tres capas de células embrionarias darán lugar posteriormente a los
tejidos definitivos. Por mencionar algunos, del ectodermo derivarán la epidermis y el sistema nervioso; del mesodermo,
Mesodermo
Ectodermo
el recubrimiento interno del tubo digestivo y del sistema respiratorio, y del
mesodermo, los músculos, huesos, derBlastocele
mis y sistema circulatorio.
Formación de los primeros órganos A Endodermo
a)
b)
partir de la gástrula con sus tres capas
celulares se inicia la formación de los primeros órganos. En la parte media dorsal
del embrión aparece un surco longitudinal, cuyos bordes se acercan para luego
Arquenteron
cerrarse y dejar formado un tubo ectodérc)
d)
mico en el interior, el tubo neural, que posteriormente dará origen al cerebro y la médula espinal.
Justo abajo del tubo neural aparece un cordón de tejido mesodérmico, la
notodorda, que será el eje principal del cuerpo. Cabe recordar que el sistema
nervioso central dorsal y la notocorda son características esenciales de todos
los cordados, aunque en los vertebrados se reduce para ser sustituida por la
columna vertebral.
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151
b)
d)
c)
Blastocele
f)
Figura 4.31 Segmentación del
cigoto o huevo hasta la formación
de la blástula. a) Cigoto.
b) Estado de dos blastómeros.
c) Estado de cuatro blastómeros.
d) Estado de ocho blastómeros.
e) Estado de mórula: el embrión
está formado por cientos de
células compactadas. f) Estado de
blástula: el embrión, aunque está
formado por muchas células, casi
no ha aumentado su tamaño. Se
distingue de la mórula en que es
hueco con una cavidad interna
llamada blastocele.
Figura 4.32 Gastrulación. La
blástula, que se transformará en
gástrula, se observa en un corte
para observar los movimientos
celulares. a) Las células empiezan
a diferenciarse unas de otras,
con lo que forman regiones con
células que se moverán hasta
originar tres capas celulares.
b) Las células de mesodermo
se invaginan introduciéndose
para quedar como una capa
intermedia entre el ecto y el
endodermo. c) El movimiento
de las células mesodérmicas va
reduciendo el blastocele, pero se
va formando una cavidad nueva, el
arquenteron o intestino primitivo.
d) Terminación de la gastrulación.
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Unidad 4 Procesos en los animales
152
Surco neural
Notocorda
Somitas
b)
Tubo
digestivo
a)
c)
Tubo neural
Celoma
d)
Figura 4.33 Formación del
tubo neural y estructuras
mesodérmicas. a) Corte
transversal del embrión al terminar
la gastrulación. b) a d) En el
ectodermo dorsal se diferencian
células que formarán un canal y
finalmente el tubo neural. Bajo lo
que será el tubo neural se forma
el cordón mesodérmico, llamado
notocorda, característica de los
cordados, y en posición lateral
paquetes celulares mesodérmicos,
o somitas, en las que se forma el
celoma, cavidad donde se alojarán
los órganos internos o vísceras.
A los lados de la notocorda se forman las somitas, que son paquetes
celulares que dan lugar a estructuras segmentarias, por ejemplo, las vértebras y sus músculos correspondientes. A partir de las somitas se construyen expansiones de tejido que van formando una cavidad, el celoma,
que rodea al tubo digestivo y donde se alojarán las vísceras (figura 4.33).
La formación de los diversos órganos y su desarrollo en los lugares precisos depende de actividades celulares como cambios de forma,
por ejemplo, alargamientos; migraciones de un lugar a otro como las
que se realizan en la gastrulación para formar las capas embrionarias;
muerte celular programada, por ejemplo, de células en lo que serán las
manos para separar los dedos; inducción, como el efecto que ejercen,
mediante señales químicas, unas células sobre las que se encuentran
cerca para que respondan diferenciándose, como corresponde al órgano a que darán lugar.
Si consideramos que todas las células son iguales genéticamente,
puesto que todas derivan del cigoto, la diferenciación que empieza a surgir
entre ellas, de forma y función, según el tejido que integrarán, se debe a que
las señales químicas que se envían a las células para indicar su posición y relación con otras células, ocasionan la aparición de unos genes y la inhibición
de otros y, por tanto, su expresión diferente en cada caso. Así, se forman células tan distintas como una neurona, una fibra muscular o un glóbulo blanco.
Desarrollo embrionario humano El desarrollo del embrión humano es similar en las primeras etapas a lo que se ha explicado respecto de la segmentación, pero presenta diferencias en las etapas posteriores.
Después de la fecundación, el cigoto comienza su segmentación y forma una mórula y un blastocisto equivalente a la blástula, con la diferencia
de que en una región se sitúa el botón embrionario como una agrupación
de células que originarán el embrión; el resto del blastocisto dará lugar al
trofoblasto, que es una capa de células con las que el embrión se implantará
dentro del endometrio, aproximadamente a una semana de la fecundación
(figura 4.34).
a)
Figura 4.34 A los nueve días,
el embrión humano se ha
implantado en el endometrio,
o pared uterina. Sólo un grupo
de células del blastocisto darán
origen al embrión, el resto de las
células formarán las membranas
extraembrionarias. a) Pared
del útero. b) Amnios. c) Disco
embrionario. d) Saco vitelino.
e) Corion. f) Vaso sanguíneo del
endometrio. En este momento el
embrión es un disco plano que
luego se cerrará; sólo quedará
abierto en el cordón umbilical.
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f)
b)
c)
e)
d)
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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo
153
A partir del trofoblasto se formará la placenta, una estructura extraembrionaria de doble origen, una parte embrionaria, o corion, y una parte materna, el tejido uterino.
A partir del botón embrionario se empiezan a diferenciar las tres capas
ectodermo, mesodermo y endodermo, y el embrión cobra el aspecto de disco. De estas capas celulares, tanto del embrión como del trofoblasto, se originarán cuatro membranas extraembionarias que cumplen ciertas funciones
sólo durante el desarrollo.
Del ectodermo se deriva el amnios, como una bolsa que queda sobre el
disco embrionario y que conforme crece va envolviendo al embrión. Éste
deja de ser un disco al doblarse y adquirir una forma cilíndrica que se va cerrando. El amnios está lleno de líquido amniótico que, como amortiguador,
protege al embrión y le permite que realice diversos movimientos.
Del endodermo se forma el tubo digestivo, que queda dentro del embrión pero que se prolonga en una bolsa, el saco vitelino, fuera de él. Este
saco acumula las sustancias nutritivas de las que se alimentará el embrión.
En el caso de los embriones de aves y reptiles, el saco vitelino es lo que conocemos como yema, y es muy grande, puesto que el embrión se desarrolla
fuera de la madre. Por su parte, en el embrión humano es muy reducido
porque el embrión se alimentará directamente de la madre por medio de la
placenta.
De una parte posterior del tubo digestivo se forma otra membrana extraembrionaria, el alantoides, que realiza la excreción de desechos. Una parte
del alantoides quedará como parte de la vejiga urinaria.
El corion es otra membrana extraembrionaria que va a constituir la parte
fetal de la placenta y tiene por función secretar la hormona gonadotropina
coriónica que actúa sobre el cuerpo lúteo del ovario para que siga la producción de progesterona y el endometrio no se desprenda, lo que produciría un
aborto.
El cierre del embrión se realiza en la parte anterior y posterior, por lo
que sólo queda abierto lo que será el cordón umbilical, que incluye el saco
vitelino, y el alantoides, además de vasos sanguíneos con los que se establece
la comunicación con la madre. De hecho, la sangre materna y la del embrión
no están en contacto directo sino separadas por las múltiples vellosidades
del corion. El oxígeno y los nutrientes se difunden igual que los desechos a
través de estas vellosidades.
La placenta es un órgano fundamental para el desarrollo del embrión,
con funciones de fijación y sostén; de nutrición, respiración y excreción, así
como de defensa contra la entrada de algunas sustancias extrañas y agentes
infecciosos, aunque no totalmente; por ejemplo, no impide el paso del virus
del sida o del alcohol, lo que puede dar lugar a alteraciones del desarrollo
(figura 4.35).
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154
Figura 4.35
Aspecto del embrión al
mes de desarrollo.
a) Endometrio. b) Vasos maternos.
c) Placenta. d) Saco vitelino.
e) Amnios. f) Alantoides.
g) Cordón umbilical. h) Vasos
embrionarios. i) Lagunas
sanguíneas. El embrión se ha
cerrado y por el crecimiento del
amnios queda envuelto por el
líquido amniótico. El embrión se
abre por el cordón umbilical hacia
la placenta, formada por la parte
embrionaria (corion) y la parte
materna. La sangre materna y la
embrionaria no se mezclan, pero
sus respectivos vasos quedan
muy cerca y en relación con las
lagunas sanguíneas, de donde
se difunden nutrientes y oxígeno
hacia el embrión y desechos hacia
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Unidad 4 Procesos en los animales
Al mes de desarrollo el embrión tiene unos 7 milímetros
(mm) de longitud, ya ha formado las membranas extraembrionarias y las tres capas embrionarias se han diferenciado formando el tubo neural, la notocorda y las somitas. Al
terminar el primer trimestre, las somitas ya se han desarrollado en huesos y músculos, la cabeza se ha formado,
aunque muy grande respecto del resto del cuerpo y ya se
distinguen brazos y piernas que puede mover.
En el segundo trimestre, el feto crece aumentando a
unos 20 centímetros (cm) de longitud y ha perfeccionado
gran parte de sus estructuras y órganos; por ejemplo, los
ojos ya están abiertos con cejas y pestañas, los dedos ya tienen uñas, es posible escuchar con claridad el latido de su
corazón, se forman los dientes.
En el último trimestre el feto prácticamente crece, aunque
todavía hay algunos cambios, por citar algunos, los sistemas
circulatorio y respiratorio se preparan para respirar aire.
El feto ya no es tan activo porque el espacio amniótico es insuficiente y se mantiene en la llamada posición fetal. Al nacer ha alcanzado una
longitud de unos 50 cm y aproximadamente unos 3.5 kilogramos (kg).
El nacimiento del niño implica varias etapas, en las que las hormonas
desempeñan un papel fundamental. En la llamada labor de parto, que dura
aproximadamente de 6 a 12 horas, los estrógenos que se encuentran en un
nivel alto estimulan la formación de receptores de oxitocina en el útero. La
hipófisis produce esa hormona, cuya función es causar contracciones fuertes
del músculo liso del útero, las cuales se presentan cada vez con más intensidad y frecuencia para acomodar al niño en posición de salida. Al tiempo que
se dan las contracciones uterinas, el cervix o cuello uterino se dilata a más o
menos unos 10 cm.
Al alcanzar el cuello uterino este diámetro, se inicia la etapa de expulsión, en la que el médico anuda y corta el cordón umbilical.
La última fase se presenta unos 15 minutos después, con la expulsión de
la placenta. Al descender la progesterona en la sangre materna, la hipófisis
secreta la hormona prolactina, que estimulará a las glándulas mamarias para
que produzcan leche.
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Resumen de la unidad 4
155
Lectura y análisis
Con base en lo que acabas de leer sobre reproducción y desarrollo, realiza lo siguiente:
1. Elabora un esquema de los sistemas reproductores masculino y femenino en la especie humana, donde señales
los órganos que los forman.
2. ¿Cómo está constituido el líquido seminal y cuál es su función?
3. ¿Cuáles son las funciones del ovario y los testículos?
4. ¿Cuáles son las hormonas de la hipófisis que controlan el
ciclo menstrual?
5. ¿Qué sucede durante las diferentes etapas del ciclo menstrual?
6. Elabora un esquema de las etapas de segmentación, y
gastrulación de un embrión.
7. ¿Qué tejidos se forman en el embrión a partir de las tres
capas celulares de la gástrula?
8. ¿Cuál es la función de las membranas extraembrionarias
del embrión humano?
Resumen de la unidad 4
En esta unidad se tratan los principales procesos
realizados por los animales para su nutrición, su relación con el medio externo y su reproducción. Esos
procesos se estudian particularmente en los animales vertebrados y se ejemplifican con la estructura y
función de los sistemas de órganos humanos.
La estructura compleja de los animales se ha
desarrollado en sistemas orgánicos que permiten la
realización eficiente de las funciones biológicas en
las células; por ejemplo, la nutrición es un proceso celular que implica el proceso de digestión de
los alimentos en el sistema digestivo, el paso de los
alimentos digeridos a la circulación sanguínea, que
los transportará a cada célula. Lo mismo sucede
con la respiración, que se realiza en las células, pero
para que éstas obtengan el oxígeno necesario deben
contar con los sistemas respiratorio y circulatorio
que transportan el oxígeno hasta ellas.
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La vida de los organismos pluricelulares, en
este caso de los animales, depende de que cada célula realice sus funciones, para lo cual los sistemas
excretor, endocrino y nervioso contribuyen a mantener un medio interno regulado o controlado, el
primero, además de eliminar desechos del metabolismo, recuperando agua y sustancias que son útiles al organismo; el segundo, controlando procesos
como el crecimiento, los ciclos reproductores y la
concentración de diversas sustancias en la sangre,
y el tercero, poniendo el organismo en relación con
los cambios del medio externo e interno con el fin
de coordinar las respuestas más adecuadas y, por
ende, la sobreviviencia.
Para el estudio de cada sistema se abren pequeños apartados, donde se exponen subtemas relativos al cuidado y la prevención de trastornos de su
funcionamiento, importantes para su conocimiento
y discusión.
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Unidad 4 Procesos en los animales
156
Glosario
Aceptor. En las reacciones químicas, por ejemplo de oxidorreducción, unas sustancias liberan electrones que otras aceptan. El oxígeno es el último aceptor de electrones en la cadena de oxidorreducción de la respiración.
Fagocitocis. Proceso por el que las células engloban partículas
alimenticias, gracias a movimientos de su membrana celular, de manera que la partícula quede encerrada en una vesícula llamada vacuola digestiva.
Edema. Proceso inflamatorio debido a que líquido de los vasos
sanguíneos sale hacia los espacios intercelulares.
Glucoproteína. Proteína compleja asociada a moléculas de carbohidratos.
Emulsificante. Sustancia que fragmenta las gotas grandes de
grasa en otras muy diminutas. En la nutrición, la bilis emulsiona los alimentos grasos para que, reducidos a pequeñas
gotas, puedan ser digeridos por las enzimas.
Inmunitario. Relativo a los procesos de inmunidad o defensa
del organismo contra la entrada y acción de agentes externos, sean sustancias u organismos.
Esfínter. Células musculares que, al contraerse, abren o cierran
un conducto, con lo que regulan el paso de lo que circula
por él.
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Retinopatía. Enfermedades y trastornos de la retina, que es la
capa de células nerviosas del ojo donde se captan los estímulos para la visión.
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Branquias
Enzimas
Químico
Intercambio
de gases
Pulmones
Tráqueas
Nutrientes
Ventilación
Procesamiento
de alimentos
Mecánico
Transporte
Respiratorio
Digestivo
Agua y
sustancias
útiles
Reabsorción
Desechos
Eliminación
Excretor
Excreción
Homeostasis
Defensa
Desechos
Gases de la
respiración
Circulatorio
Respiración
Digestión
Circulación
sanguínea
Estímulos
externos
Estímulos
internos
Control de
respuestas
Comunicación
Control de
procesos
Continuidad
Reproductor
Reproducción
Conservación
de características
de la especie
Formación de
nuevos individuos
Nervioso
Relación
Endocrino
Regulación
Procesos en los animales
Mapa conceptual de la unidad 4
Resumen dela unidad 4
157
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158
Unidad 4 Procesos en los animales
Evaluación sumativa de la unidad 4
1. La digestión mecánica de los alimentos consiste en…
( )
a) Triturar los alimentos hasta formar fragmentos pequeños.
b) Descomponer los alimentos en moléculas simples.
c) Combinar los alimentos en el bolo alimenticio.
d) Emulsionar los alimentos en la boca.
e) Triturar los alimentos hasta formar moléculas simples.
2. La digestión química sobre los alimentos se realiza por acción de enzimas producidas en
glándulas salivales…
( )
a) Del hígado, estómago, intestino y páncreas.
b) Del estómago y emulsificantes producidos en el páncreas.
c) Del estómago, intestino y páncreas y emulsificantes producidos en el hígado.
d) Gástricas, pancreáticas y por hormonas producidas en el estómago.
e) Jugos gástrico e intestinales.
3. ¿Qué proceso hace muy eficiente el transporte de gases de la respiración en las branquias
de los peces? ( )
a) Que el oxígeno pasa directamente del agua a la sangre.
b) Que las paredes branquiales son muy delgadas y húmedas.
c) Que la sangre en el agua que hay en las branquias corre en igual dirección.
d) La dirección contraria de la circulación del agua y la sangre.
e) Que el oxígeno disuelto en agua se difunde más rápido en la sangre.
4. ¿Cómo se transporta el bióxido de carbono en la sangre?
( )
a) Combinado con la hemoglobina de los glóbulos rojos.
b) Como bicarbonato en los glóbulos amortiguando el pH de la sangre.
c) Como bicarbonatos en el plasma amortiguando el pH de la sangre.
d) Combinado con el plasma en forma de carbohemoglobina.
e) En los glóbulos blancos como ácido carbónico.
5. ¿Qué tipo de sangre conducen las arterias pulmonares y hacia dónde la llevan?
( )
a) Arterial, del pulmón al corazón.
b) Con bióxido de carbono, del corazón a los pulmones.
c) Con oxígeno, de los pulmones al corazón.
d) Venosa, de las aurículas al pulmón.
e) Con oxígeno, de los pulmones a los ventrículos.
6. ¿Qué proceso sucede en el asa de Henle de las nefronas?
( )
a) La filtración de desechos de la sangre.
b) La filtración de iones de calcio y agua de la sangre.
c) La eliminación de la orina hacia los vasos colectores.
d) La formación de la orina con los desechos del metabolismo.
e) La reabsorción de agua y sustancias útiles a la sangre.
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Evaluación sumativa de la unidad 4
7. Las hormonas se distinguen de los neurotransmisores porque…
159
( )
a) Circulan en la sangre para actuar a distancia sobre células blanco.
b) Actúan directamente sobre las células blanco.
c) Desencadenan una respuesta celular inmediata.
d) Producen reacciones homeostáticas en la sangre.
e) Controlan los efectos de estímulos externos en las células.
8. Alcanzar el potencial de acción en la transmisión nerviosa implica que…
( )
a) Se cierren los canales de sodio y potasio de la membrana.
b) La membrana se cargue eléctricamente.
c) La membrana celular esté envuelta por mielina.
d) Se invierta la carga eléctrica de la membrana.
e) Se abran todos los canales de iones de la membrana.
9. ¿Cuál es la función de la progesterona del cuerpo lúteo?
( )
a) La anticoncepción.
b) Regular las fases del desarrollo embrionario.
c) Estimular al hipotálamo para la producción de más progesterona.
d) La proliferación del endometrio para un posible embarazo.
e) Impedir la implantación del embrión.
10. ¿Cómo se explica la diferenciación de las células en los tejidos durante el desarrollo embrionario?
( )
a) Por la acción de hormonas del hipotálamo.
b) Por la activación e inhibición de diversos genes.
c) Porque cada célula tiene diferente información genética.
d) Porque las hormonas del ovario actúan de manera diferente en cada célula.
e) Por la acción cíclica de las hormonas hipofisiarias.
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