regulación y coordinación en animales

REGULACIÓN Y COORDINACIÓN EN ANIMALES
Una de las funciones vitales, funciones básicas comunes a todos los seres vivos, es la
relación: capacidad para detectar cambios en el medio externo y reaccionar ante ellos.
Cualquier cambio detectable en el medio (externo o interno) constituye un estímulo y la
acción realizada como consecuencia de ese cambio (si se desencadena) supone una
respuesta. Las plantas, como seres vivos que son, tienen sensibilidad hacia diversos
estímulos (luz, gravedad, temperatura, etc.) y son capaces de elaborar respuestas ante
ellos (orientación hacia la luz, crecimiento de la raíz hacia abajo y del tallo hacia arriba,
floración, etc.). Esos procesos están regulados por sustancias químicas que provocan los
efectos necesarios; son las hormonas vegetales o fitohormonas, que regulan y coordinan
las funciones vitales de las plantas. En los animales también existe una regulación
mediada por sustancias químicas, también tienen regulación y coordinación hormonal,
pero además, poseen una coordinación mediada por impulsos eléctricos: la coordinación
nerviosa. Los animales, por tanto, tienen coordinación nerviosa y coordinación hormonal.
-El
sistema
nervioso se basa
en la producción y
transmisión
de
impulsos nerviosos,
impulsos eléctricos
producidos por las
neuronas y que se
transmiten a gran
velocidad
(hasta
más de 100 m/s). Las respuestas son, por tanto, rápidas y de corta duración, transitorias.
-El
sistema
hormonal
o
endocrino se basa en la
producción de determinadas
sustancias químicas –hormonasen
órganos
denominados
glándulas endocrinas. Esas
hormonas
deben
ser
transportadas por la sangre para
hacer efecto en el órgano
específico. Las respuestas del
sistema hormonal son, por tanto,
lentas y duraderas.
Ambos sistemas trabajan en conjunto para llevar a cabo la regulación y la coordinación de
todos los procesos del organismo.
SISTEMA NERVIOSO
El componente principal del sistema nervioso son las neuronas, células conectadas entre
sí y especializadas en la transmisión de impulsos eléctricos para la coordinación de
múltiples funciones del organismo animal. Es capaz de recibir información del exterior y
del interior del organismo (estímulos) por medio de los órganos receptores, conducirla en
forma de señales electroquímicas hacia los centros nerviosos -que interpretarán esa
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información y elaborarán una respuesta si es necesario- y conducir la respuesta hacia los
órganos efectores (músculos o glándulas), que efectuarán la respuesta. El sistema
nervioso realiza estas acciones gracias a una serie de estructuras que actúan de forma
secuencial:
1. Receptores: Células sensitivas que en muchos casos forman órganos de los sentidos.
Captan los estímulos, externos o internos, e inician la transmisión de la información en
forma de impulsos nerviosos.
2. Vías nerviosas sensitivas: Conducen los impulsos nerviosos desde los receptores hasta
los centros nerviosos.
3. Centros nerviosos: Órganos que interpretan los impulsos nerviosos que reciben y
elaboran las repuestas. Son los coordinadores: Encéfalo, médula espinal y ganglios.
4. Vías nerviosas motoras: Conducen las órdenes en forma de impulsos nerviosos, desde
los centros nerviosos hasta los efectores.
5. Efectores: Órganos que reciben los impulsos de las vías motoras y ejecutan la acción.
Son músculos y glándulas.
LAS NEURONAS: TRANSMISIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO:
La transmisión del impulso nervioso consiste en la
conducción de un impulso electroquímico a lo largo de
una neurona, y de una a otra (del axón de una a las
dendritas o cuerpos celulares de otras). Este proceso
ocurre a nivel de la membrana plasmática. En una
neurona en reposo, la membrana plasmática (como la de
todas las células) está polarizada: las cargas eléctricas
se reparten de forma distinta en el interior y en el exterior,
de forma que en el interior hay un predominio de cargas
negativas con respecto al exterior (donde hay mayor
concentración de iones Na+). Esto produce una diferencia
de potencial de -70 mV, el potencial de reposo. Cuando
se produce un estímulo, se produce una alteración de la
permeabilidad de la membrana en ese punto que permite
la entrada masiva de iones Na+ y se invierte la polaridad
(+ en el interior y – en el exterior), se produce la
despolarización, por la que se pasa de un potencial de
-70 mV a +30 mV. Esta variación rápida se denomina
potencial de acción. Al instante se vuelve al estado
original -repolarización-, pero la despolarización
momentánea perturba las zonas adyacentes al punto
donde se produce, haciendo que se propague por toda la
neurona. Cuando la despolarización llega al final de un
axón, debe pasar a la neurona siguiente, pero éstas no
están en contacto directo sino separadas por un estrecho
espacio entre la parte final del axón y la dendrita (o el
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cuerpo neuronal) de la siguiente neurona. Por ello, la despolarización no puede pasar
directamente de una neurona a la siguiente.
-La sinapsis: Es la zona de
contacto funcional entre dos
neuronas. Está formada por una
zona presináptica (zona terminal
del axón –botón sináptico- por el
que llega el impulso), una
hendidura sináptica (unos 200 Ǻ)
y una zona postsináptica (zona
de recepción de la información de
la neurona siguiente). La llegada
de la despolarización al extremo
presináptico provoca la apertura de
canales de Ca2+, que entra a la
célula provocando la fusión de muchas vesículas con la membrana citoplasmática. Estas
vesículas contienen unas sustancias químicas que salen a la hendidura sináptica, los
neurotransmisores, que al unirse a receptores específicos de la membrana
postsináptica, provocan la entrada de Na+, lo que comienza la despolarización en el
extremo postsináptico. Esa despolarización se transmite por la membrana de la segunda
neurona de la misma forma que en la primera.
Como vemos, el impulso nervioso es un mensaje electroquímico, porque a la zona
presináptica llega una señal eléctrica, que pasa a ser química en la hendidura sináptica y
vuelve luego a ser eléctrica en la zona postsináptica.
-Transmisión de neurona a órgano efector: Al final, el impulso nervioso puede acabar
llegando a un órgano efector (glándula o músculo) que realizará una acción determinada.
El paso del impulso nervioso desde el botón sináptico hasta el órgano efector es similar al
que ocurre en la sinapsis, por medio de un neurotransmisor. De esta forma, la llegada del
impulso nervioso desencadenará la contracción de un músculo o la secreción en una
glándula.
EL SISTEMA NERVIOSO EN INVERTEBRADOS:
El sistema nervioso más sencillo es el de celentéreos. Consiste en una red de neuronas
distribuidas por la pared del cuerpo, sin llegar a formar un órgano central ni vías
nerviosas, de forma que cualquier impulso en una neurona se propaga en todas las
direcciones y todo el cuerpo reacciona al estímulo.
Los platelmintos forman un par de ganglios en
la región cefálica, que funcionan como un
cerebro primitivo. De ellos parten dos cordones
nerviosos
longitudinales
que
emiten
ramificaciones laterales. Esto supone la primera
aparición de un sistema nervioso doble: central y periférico, que permite que un estímulo
de una parte concreta del organismo provoque una respuesta localizada que no afecta a
todo el organismo (al contrario de lo que sucede en celentéreos).
Anélidos, artrópodos y moluscos tienen un sistema nervioso ganglionar, con ganglios
cerebroides en la región cefálica, de los que parte un collar periesofágico que, después de
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rodear el esófago, continúa en una doble cadena ganglionar en posición ventral, con
pares de ganglios conectados entre sí formando una especie de escalera de cuerda y de
los que salen nervios motores y sensitivos. En los artrópodos, los ganglios de la región
cefálica están más desarrollados que en los anélidos, formando un cerebro primitivo.
EL SISTEMA NERVIOSO EN VERTEBRADOS: El sistema nervioso de los vertebrados, a
diferencia del de invertebrados, se dispone en posición dorsal. Se pueden distinguir dos
componentes: sistema nervioso central (SNC) y sistema nervioso
periférico (SNP).
SNC: Formado por el encéfalo y la médula espinal (también llamado
por eso sistema cerebroespinal). Es el centro de coordinación y control
de las actividades del animal ya que está formado por los centros
nerviosos que reciben y procesan la información que les llega de los
receptores en forma de impulsos nerviosos y elaboran las respuestas
necesarias a realizar por los órganos efectores. Puede considerarse
como un tubo alargado de paredes muy gruesas, colocado en posición
dorsal y que se ensancha en su parte anterior.
-Encéfalo: Formado por el cerebro, el cerebelo y el bulbo raquídeo, se
encuentra protegido por el cráneo.
El cerebro es la parte anterior; es el centro de la información sensorial, del control de los
movimientos voluntarios, de la memoria, el aprendizaje, la consciencia y la inteligencia.
Excepto en los peces, está dividido en dos lóbulos laterales, los hemisferios cerebrales,
que en mamíferos presentan su máximo desarrollo, con circunvoluciones.
El cerebelo se sitúa detrás del cerebro y constituye el centro del equilibrio y de los
reflejos posturales. Es también el coordinador de movimientos y procesos aprendidos:
andar, nadar, montar en bicicleta, tocar un instrumento musical, etc. Por eso, al aprender
a realizar una tarea como es tocar la guitarra o conducir un coche, hacemos cada
movimiento perfectamente conscientes de él, hasta que, avanzada la fase de aprendizaje,
el cerebelo va asumiendo las pautas y por ello realizamos casi inconscientemente los
movimientos.
El bulbo raquídeo es la parte final del encéfalo y constituye la unión con la médula
espinal. Controla muchas actividades vitales automáticas como los ritmos cardiaco y el
respiratorio, la contracción y dilatación de los vasos sanguíneos, los reflejos de la
deglución y el vómito.
-Médula espinal: Recorre dorsalmente el cuerpo desde la base del encéfalo, protegida
por la columna vertebral. Contiene cuerpos neuronales (sustancia gris) y vías nerviosas,
sensitivas y motoras (ascendentes y descendentes). Se encarga de transmitir los
impulsos nerviosos sensitivos hacia el encéfalo y los motores hacia los órganos efectores.
También controla actividades reflejas que no necesitan órdenes de otros centros
superiores, como el arco reflejo, respuesta elaborada por la médula espinal sin la
intervención del encéfalo. Un acto reflejo es una respuesta involuntaria de naturaleza
nerviosa, producida ante un estímulo determinado (calor, luz, etc.). Al ser involuntario, se
deduce que en el acto reflejo no interviene la corteza cerebral, aunque ésta sí puede
recibir las informaciones procedentes de los órganos sensoriales y hacerse consciente la
sensación correspondiente (calor, luz, etc.), pero no es el cerebro quien desencadena la
reacción, sino la médula espinal (en el reflejo de acomodación de la visión sí interviene la
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corteza cerebral). Por ejemplo, es la
médula espinal –no el cerebro- la que
desencadena el movimiento rápido e
involuntario ante un estímulo como el
calor excesivo o un pinchazo en la mano,
pero la información procedente de los
receptores de la mano acaba llegando al
cerebro –después de subir por las vías
nerviosas sensitivas de la médula-,
donde
tiene
lugar
la
sensación
consciente del calor o el pinchazo. En un
arco reflejo intervienen secuencialmente
los siguientes elementos: una neurona
sensitiva procedente de un receptor
transfiere el impulso nervioso a una
neurona de asociación o interneurona (de
la médula) con la que hace sinapsis y esta última lo transmite a una neurona motora, que
actúa sobre un efector (un músculo o una glándula).
SNP: El sistema nervioso periférico está
formado por los nervios que conectan
los receptores y los efectores con los
centros nerviosos, así como los ganglios
nerviosos repartidos por el organismo.
Como vimos en el tema de histología
animal, los nervios pueden ser
sensitivos, motores o mixtos, según
tengan fibras de un tipo, de otro o ambos
tipos. Los nervios del SNP pueden
clasificarse en craneales y espinales.
Nervios craneales
Los nervios craneales son los que parten
directamente del encéfalo e inervan la cabeza, la parte superior del tronco y algunos
órganos internos. Los nervios espinales o raquídeos son mixtos, parten de la médula
espinal por los espacios intervertebrales e inervan el resto del cuerpo.
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SNA: Se denomina sistema nervioso autónomo al que regula las actividades que se
realizan de forma completamente involuntaria, como los ritmos cardiaco y respiratorio, la
contracción y relajación de los bronquios, los movimientos intestinales, etc. Estrictamente,
sólo se consideran constituyentes del SNA una serie de fibras motoras periféricas que
tienen su origen en el SNC (hipotálamo, bulbo raquídeo y médula), que hacen sinapsis
con otros cuerpos neuronales localizados en los ganglios del SNA, siendo los axones de
estas últimas los que inervan la víscera correspondiente. Se diferencian dos partes: el
sistema simpático y el sistema parasimpático. El simpático tiene sus ganglios situados a
los lados de la columna vertebral, formando una cadena ganglionar; en general, prepara
al organismo para situaciones de emergencia (huída, estrés, lucha, etc.) con un efecto
generalizado en todo el organismo, por lo que dilata la pupila, aumenta el ritmo cardiaco y
la presión sanguínea, relaja la musculatura bronquial, disminuye el peristaltismo del tubo
digestivo y la secreción de las glándulas digestivas y relaja la vejiga urinaria. El
parasimpático tiene sus ganglios cerca de los órganos efectores y se relaciona con el
reposo y la acumulación de energía, con efectos más localizados: contracción de la
pupila, disminución del ritmo cardiaco y de la presión sanguínea, constricción de los
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bronquios, aumento del peristaltismo y de
la secreción de las glándulas digestivas y contracción de la vejiga urinaria.
RECEPTORES:
Son células especializadas en captar estímulos y transformarlos en impulsos nerviosos.
Dependiendo de su localización, pueden ser: interorreceptores, que captan información
del interior del organismo (concentración de la sangre, posición de las articulaciones, etc.)
o exterorreceptores, que captan los estímulos del medio externo. Según el tipo de
estímulo que detecten
pueden ser
quimiorreceptores,
mecanorreceptores,
termorreceptores y fotorreceptores. Vamos a estudiar los exterorreceptores de estos
cuatro tipos:
-Quimiorreceptores: Constituyen el tipo evolutivamente más antiguo de capacidad
receptora. Captan la presencia de determinadas sustancias químicas en el medio externo
(o en el interno si fueran interorreceptores). Se incluyen en este grupo los receptores del
olfato y del gusto. Los receptores olfativos captan sustancias volátiles presentes en el aire
y los gustativos detectan sustancias en disolución (por ejemplo, en la saliva). En los
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invertebrados acuáticos no hay diferencia entre unos y otros y permiten detectar
sustancias irritantes, nutrientes, pareja reproductora, enemigos y presas. En los insectos,
los receptores del olfato se sitúan en las antenas y los del gusto en las piezas bucales y
en las patas.
En la mayor parte de los vertebrados, los receptores del olfato forman parte del epitelio
que tapiza los conductos nasales, de donde parten las fibras sensoriales hacia los lóbulos
olfatorios del encéfalo, e intervienen en la detección de alimentos o el apareamiento. Los
del gusto informan acerca de las propiedades de los alimentos; detectan sustancias
químicas disueltas en la saliva y se localizan en las papilas gustativas de la lengua en
mamíferos.
-Mecanorreceptores: Son los receptores sensibles a cualquier tipo de movimiento,
vibración, presión o contacto (estímulos mecánicos). Por ello informan acerca del contacto
con objetos externos, del movimiento y la posición del cuerpo (equilibrio) y de la audición.
Los receptores del contacto y la presión se
sitúan en la superficie del animal, en la piel, y
consisten en terminaciones nerviosas libres
(receptores del dolor) o verdaderos órganos
sensitivos, como los corpúsculos de Pacini
(receptores del tacto fino) y los de Meissner
(receptores de la presión) en los mamíferos.
Los receptores del equilibrio se denominan estatocistos en invertebrados y,
básicamente, consisten en una esfera tapizada
internamente por células sensoriales ciliadas y
llena de un líquido en el que se encuentran una o
más partículas calcáreas que, con el movimiento
del animal, se mueven y rozan con los cilios, lo
que desencadena la formación de impulsos
nerviosos por las células estimuladas. En peces y
la mayoría de larvas de anfibios, la línea lateral
detecta vibraciones y movimiento del agua
circundante;
Línea lateral
consiste en una serie de cavidades en las que se
encuentran células ciliadas dentro de una cúpula
gelatinosa que, al recibir el movimiento del agua, mueve
los cilios iniciando un impulso nervioso. En los anfibios,
reptiles, aves y mamíferos, los receptores del equilibrio
y del movimiento se encuentran asociados con los de la
audición, en el utrículo, el sáculo y los canales
semicirculares; éstos estan llenos de un líquido –la
endolinfa- y tapizados internamente por células ciliadas
(embebidas por grupos en una sustancia gelatinosa con pequeños cristales de carbonato
cálcico en el utrículo y el sáculo); cualquier movimiento de la endolinfa desplaza a los
cilios, permitiendo detectar las aceleraciones y desaceleraciones (utrículo y sáculo) y la
posición de la cabeza (canales semicirculares).
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endolinfa
fibras
nerviosas
membrana
tectorial
células
ciliadas
membrana
basilar
endolinfa
Los receptores auditivos están presentes en
general en los animales que emiten sonidos:
algunos artrópodos y todos los vertebrados. Ciertos
Sección del caracol en la que se muestra el órgano de Corti.
crustáceos, insectos y arañas tienen órganos
auditivos en distintas zonas del cuerpo: antenas
(moscas), patas (saltamontes), tórax (polillas) o
abdomen (escarabajos). Los mamíferos tienen el órgano
del
oído muy desarrollado; está dividido en tres partes: oído
Órgano de Corti
externo (pabellón auditivo y conducto auditivo externo),
oído medio (tímpano y cadena de huesecillos –martillo,
yunque y estribo-) y oído interno (caracol o cóclea). El pabellón auditivo externo recoge
las ondas sonoras (vibraciones del aire) y las dirige al conducto auditivo externo, que las
conduce hacia el tímpano; éste vibra al recibir las ondas sonoras y transmite las
vibraciones a la cadena de huesecillos, que las amplifican. El último componente de la
cadena de huesecillos, el estribo, transmite la vibración al caracol, tubo cerrado enrollado
en espiral y lleno de líquido: la endolinfa. A lo largo del caracol se encuentra el órgano de
Corti, formado por una membrana basilar con células ciliadas sensitivas conectadas a
fibras nerviosas, y una membrana tectorial situada sobre la anterior. Cuando el estribo
vibra sobre el caracol, transmite la vibración a la endolinfa de su interior, que hará vibrar a
la membrana basilar, lo que hará que las células ciliadas choquen contra la membrana
tectorial deformando sus cilios. La deformación de los cilios desencadenará la producción
de un impulso nervioso que las células ciliadas transmitirán a las fibras nerviosas a las
que están conectadas y que forman el nervio auditivo, que transmitirá los impulsos
nerviosos a los lóbulos temporales del cerebro, donde se interpretan como una sensación
sonora determinada. Dependiendo de la frecuencia del sonido, serán estimuladas unas u
otras células ciliadas, lo que permite al cerebro distinguir sonidos según los impulsos
nerviosos que le lleguen a través del nervio auditivo.
Los termorreceptores son terminaciones nerviosas que captan cambios de temperatura. Pueden encontrarse en las antenas de los insectos, en fosetas de la cabeza de las
serpientes o en el pico de las aves. En los mamíferos se localizan en la piel: los corpúsculos de Krause se estimulan con el frío y los de Ruffini con el calor.
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Los fotorreceptores están formados por células sensibles a la luz. Algunos están formados por unas pocas células sensitivas, como las manchas oculares de cnidarios, que sólo
distinguen entre claro y oscuro. Los artrópodos tienen
ojos compuestos formados por muchas unidades llamaOjo compuesto
das omatidios, que forman un mosaico de imágenes; en
algunos grupos como arañas o saltamontes, se pueden
encontrar además ojos simples u ocelos. Cefalópodos y
vertebrados tienen el ojo más complejo, el ojo en cámara, una esfera llena de líquido con una lente (el cristalino) que enfoca las imágenes y una capa interna de células sensitivas (la retina), los bastones. En la mayoría
de aves y mamíferos, además existe un segundo tipo de
células sensibles, los conos, que permiten la visión en
color gracias a que existen tres clases, cada una de las
cuales es sensible a uno de los tres colores primarios.
Ojo humano.
1:
2:
3:
4:
5:
6:
7:
8:
Retina
dirección de la luz
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