Biología Profundización

Guía N° 7 2012
UNIDAD 2: REGULACIÓN DE LAS FUNCIONES VITALES Y HOMEOSTASIS
SUB-UNIDAD 2: SISTEMA NERVIOSO
Biología Profundización
En esta sesión tú podrás:
- Identificar los componentes del sistema nervioso y entender su fisiología, siendo capaz
de identificar los estímulos y respuestas procesados en cada órgano.
- Comprender la estructura de la neurona, conectividad, organización y función del
sistema nervioso en la regulación y coordinación de las funciones sistémicas, la
motricidad y el comportamiento.
- Identificar la función básica de la mielina.
- Dominar el concepto de neuroglia y de sus funciones principales, e identificarlas.
- Reconocer la naturaleza electroquímica del impulso nervioso y su forma de
transmisión entre neuronas y entre neurona y músculo (señales químicas y sinapsis).
- Dominar el concepto de neurotransmisor, impulso nervioso y sinapsis.
ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL
SISTEMA NERVIOSO
Los componentes del sistema nervioso, como en cualquier estudio de un organismo
vivo, requiere una descripción anatómica, diferenciando sus estructuras y funciones. A
continuación revisaremos las estructuras y funciones básicas del sistema nervioso,
recordando que existen muchas más las cuales recomiendo revisar en otras
bibliografías.
El sistema nervioso, posee básicamente tres estructuras de protección; ósea, tejido
conectivo y liquido cefalorraquídeo. Las estructuras óseas son el cráneo y columna
vertebral, bajo estas encontramos tres capas de tejido conectivo; duramadre,
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Autor: Jonathan Rivero G. / Edición: Katherine Brante C.
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aracnoides y piamadre. Las estructuras del sistema nervioso se encuentran suspendidas
en una sustancia llamada líquido cefalorraquídeo, que también circula a través de
compartimientos a través del sistema nervioso.
Cráneo en vista frontal
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Cráneo en vista lateral
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Meninges
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Circulación y compartimientos del líquido cefalorraquídeo
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Encéfalo
Cerebro
Es el órgano de mayor complejidad de cuerpo humano. Se dedica a coordinar e
interrelacionar innumerables señales del medio externo e interno. Se encuentra alojado
en la bóveda craneana, se divide a través de la cisura interhemisférica en hemisferio
derecho e izquierdo. Cada hemisferio se separa en cuatro lobulos; hacia anterior se
encuentra el lóbulo frontal, hacia posterior el lóbulo occipital, hacia superior el lóbulo
parietal y hacia lateral el lóbulo temporal. Dos grandes surcos o cisuras corresponden a
Silvio y Rolando, bajo el surco de Silvio se encuentra el lóbulo de la ínsula.
Su estructura se visualiza con pliegues llamados circunvoluciones. Estas constituyen una
forma de abarcar mayor área de corteza en un menor volumen de espacio.
Internamente el cerebro se diferencia en sustancia gris, conformada principalmente por
somas neuronales, y de una sustancia blanca, conformada principalmente por axones.
También se encuentran cavidades por las cuales es producida y circula el líquido
cefalorraquídeo, estos son los ventrículos.
La sustancia gris se encuentra en la corteza cerebral y formando nucleos, estos son el
Núcleo Lentiforme, Tálamo, y Núcleo caudado. Entre estos nucleos se encuentra el
cuerpo calloso.
El cerebelo se encuentra alojado en la cavidad posterior e inferior del cráneo, su
estructura consta de sustancia gris, nucleos centrales, y sustancia blanca. Se caracteriza
por su función de integrador de la información que ingresa y sale desde el sistema
nervioso central, así coordina y afina las respuestas motoras emitidas.
Por anterior del cerebelo se encuentra en tronco encefálico. Sus componentes desde
superior a inferior son; mesencéfalo, protuberancia anular y bulbo raquídeo. En esta
estructura se encuentra la gran mayoría de los núcleos de los nervios craneales y
algunos raquídeos.
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Hay 12 pares de nervios craneales que constituyen los nervios periféricos del encéfalo.
Estos nervios abandonan el cráneo a través de fisuras y forámenes para distribuirse en
la cabeza y cuello principalmente (a excepción del décimo nervio craneal que inerva
estructuras torácicas y abdominales). Los nervios craneales son:
- Nervio Olfatorio (par craneal I)
- Nervio Optico (par craneal II)
- Nervio Oculomotor (par craneal III)
- Nervio Troclear (par craneal IV)
- Nervio Trigémino (par craneal V)
- Nervio Abducens (par craneal VI)
- Nervio Facial (par craneal VII)
- Nervio Vestibulococlear (par craneal VIII)
- Nervio Glosofaríngeo (par craneal IX)
- Nervio Vago (par craneal X)
- Nervio Accesorio (par craneal XI)
- Nervio Hipogloso (par craneal XII)
Para resumir las estructuras del encéfalo, analice el cuadro y revise en las bibliografías
sus funciones individuales.
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A continuación del bulbo raquídeo, se continua una larga extensión que se encuentra
protegida por la columna vertebral, esta es la medula espinal. Se divide en porciones,
una cervical, dorsal y lumbar. Como se visualiza en la figura de ella salen los 31 pares de
nervios raquídeos a través de los agujeros de conjunción de la columna.
Su función es de gran importancia ya que comunica las señales aferentes y eferentes
entre el cerebro y el cuerpo. Otra función importante es que la medula espinal se
encarga de los movimientos reflejos, o arco reflejo, o movimiento balístico. En este arco
reflejo la señal es procesada en la medula y desde aquí se genera la respuesta motora.
Por lo tanto su estructura también posee una sustancia blanca y una sustancia gris que
en la medula se encuentra central y con forma de “H”. E
Recuerden que la medula espinal propiamente tal termina a la altura de las vertebras
L1-L2, lo que continua corresponde al resto de cordones nerviosos que forman la
llamada cola de caballo.
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Histología del Sistema Nervioso
Tras revisar los componentes macroscópicos del sistema nervioso y su organización,
estudiaremos sus estructuras microscópicas, que corresponden a los grupos celulares
que forman este sistema. La unidad funcional del sistema nervioso es la neurona.
El sistema nervioso está formado por más
de cien mil millones de neuronas. Su
estructura se visualiza en la figura, esta
corresponde a una neurona típica de la
variedad que se encuentra en la corteza
cerebral motora. Las señales de entrada
(aferentes) llegan a la neurona a través de
las
sinapsis
que
establecen,
principalmente, las dendritas y el soma
celular. La señal de salida (eferente) se
transmite por el axón de la neurona, el
cual tiene muchas ramas separadas,
destinadas a otras partes del sistema
nervioso o al resto del cuerpo.
Su estructura básica constituye el soma o
cuerpo celular, las dendritas que
corresponden a prolongaciones del soma,
y el o los axones que son una extensa
prolongación
que
termina
en
ramificaciones en donde se encuentran
los botones sinápticos, lugar donde se
realiza el proceso de sinapsis.
Acompañando a este grupo celular, como
en todo tejido, existen otros tipos
celulares que presentan funciones de
soporte y protección al tejido neuronal,
incluso cumplen un rol fundamental en el
desarrollo del sistema nervioso en la
migración neuronal.
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Las células gliales a su vez se clasifican principalmente en tres categorías:
- La microglia, formada por células que responden a un daño o enfermedad en el
cerebro, activando una respuesta inflamatoria y fagocitando los detritus celulares.
-Los astrocitos que se caracterizan por tener una forma estrellada. Los astrocitos están
estrechamente vinculados con las neuronas en procesos como: la recaptura de
neurotransmisores liberados durante la transmisión sináptica, el mantenimiento de la
concentración de K+ y del pH, la transferencia de sustratos metabólicos y la liberación
de factores tróficos que promueven el crecimiento, maduración y reparación de las
células nerviosas.
-Los oligodendrocitos y las células de Schwann que forman la mielina, una membrana
que sirve de barrera de aislamiento y que se encuentra involucrada en la conducción
del impulso nervioso del sistema nervioso central y periférico, respectivamente.
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La mielina, tiene como función
el acelerar el impulso nervioso
a través del axón. Esto se debe
a que actúa como un aislante
de corriente, gracias a su
estructura de lipoproteína, por
lo que el impulso nervioso
salta de un nodo de Ranvier a
otro, por lo que la velocidad
del impulso aumenta.
Recuerden
que
los
oligodendrocitos recubren los
axones de sistema nervioso
central, y las células de
Schwann los axones del
sistema nervioso periférico.
-Las células ependimarias, corresponden a un grupo celular organizado que forma el
epitelio de los ventrículos cerebrales y canal del epéndimo de la medula espinal. Su
función es la de contener el liquido cefalorraquídeo. En los plexos coroídeos, estas
células se diferencian para ser capaces de secretar este líquido.
- Las células de Müller, este tipo celular se relacionan con el desarrollo, organización y
función de la retina.
- Las células satélites o capsulares, se encuentran en ganglios espinales y periféricos.
Estas forman verdaderas capsulas que envuelven los somas neuronales. Se encargan de
formar y mantener un ambiente físico-químico controlado y apropiado para las
neuronas de los ganglios espinales y periféricos.
Las glías también se pueden clasificar topográficamente, esto quiere decir, de acuerdo a
su ubicación.
- SNC: Astrocitos, oligodendrocitos, microglia, células ependimarias
- SNP: Células de Swhuann, células de Müller, y células satélite.
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Sinapsis del Sistema Nervioso
En el sistema nervioso central la información se transmite principalmente bajo la forma
de potenciales de acción nerviosos, llamados simplemente “ impulsos nerviosos”, que
pasan uno tras otro por una serie de neuronas. Sin embargo, cada impulso puede
además sumarse, restarse, bloquearse, generando así señales finales aun más
complejas.
Existen dos clases fundamentales de sinapsis; sinapsis química y sinapsis eléctrica. Casi
todas las sinapsis que se utilizan para transmitir señales en el sistema nervioso central
del ser humano son sinapsis químicas. En ellas, la primera neurona secreta en la
sinapsis una sustancia química llamada neurotransmisor, que actúa sobre las proteínas
receptoras de membrana de la siguiente neurona para excitarla, inhibirla o modificar su
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sensibilidad. Existen hasta
la fecha más de 40
sustancias
transmisoras,
entre las más conocidas
tenemos:
acetilcolina,
adrenalina, histamina, acido
gamma-aminobutírico
(GABA), glicina, serotonina
y glutamato.
Una de las características
principales de la sinapsis
química
es
que
es
unidireccional, esto quiere
decir que la señal pasa de
una neurona presináptica a una postsináptica.
Las sinapsis eléctricas, en cambio se caracterizan por ser canales directos que
transmites impulsos eléctricos desde una célula a la siguiente. La mayoría de ellas
consta de pequeñas estructuras tubulares formadas por proteínas y que se llaman
uniones comunicantes, las cuales permiten el paso libre de los iones desde una célula a
otra. Se caracteriza por ser un tipo de señal multidireccional.
Cuando el potencial de acción se propaga por el axón desde el soma neuronal, llega
hasta una terminal presináptica, la desporalización de la membrana determina el
vaciamiento de un pequeño número de vesículas dentro de la hendidura; a su vez, el
transmisor liberado induce un cambio inmediato de las propiedades de permeabilidad
de la membrana neuronal postsináptica, lo que da lugar a la excitación o inhibición de la
neurona postsináptica, dependiendo de las características del receptor de la neurona.
Al parecer, como debe estar preguntándose, dejamos pasar un concepto muy
importante, ¿Qué es este potencial de acción?
Las neuronas para comunicarse necesitan en primer lugar que la señal se propague a lo
largo del axón, esto lo realiza a través de un potencial de acción que viaja como una
corriente eléctrica a lo largo de la membrana del axón.
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Primero debemos entender que es un potencial de acción, ¿Cómo es esto de una
corriente eléctrica?
Para que se genere una corriente necesitamos una diferencia de voltaje inicial, para
esto se debe disponer de una diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos cercanos.
Si pensamos en la membrana como una separación entre el medio intra y extracelular,
y comenzamos a analizar la cantidad de iones que existen en cada medio, y
determinamos sus concentraciones, lograremos establecer que en el medio intracelular
se encuentra una carga negativa debido a la alta cantidad de proteínas y de iones K+,
comparándolo con el medio extracelular que posee una carga positiva por su alta
concentración de iones Na+, Ca++ y Cl-. Por lo tanto tenemos una diferencia de
potencial en estado de reposo de la célula, o para ser más específico un potencial de
reposo o de membrana. Los estudios indican que el valor del voltaje corresponde a
70milivolt, pero que por convención de tomar como referencia la superficie interna de
la membrana se expresa -70milivolt.
El establecer este estado de reposo, requiere que el balance de iones se mantenga, y el
principal encargado de este proceso es la bomba de Sodio-Potasio. Esta proteína de
membrana dependiente de ATP, se encarga de restablecer el equilibrio iónico sacando
3 iones de sodio hacia el medio extracelular e ingresando 2 iones de potasio al medio
intracelular. Esta bomba, es de importancia al final del proceso del impulso nervioso, lo
revisaremos más adelante.
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Para que ocurra una corriente, se requiere un desplazamiento de las cargas, claramente
el estado de reposo mantiene una diferencia de potencial pero no un movimiento
abrupto de las cargas. Por lo tanto lo que se debe generar es una alteración en este
estado de reposo.
Los encargados de cambiar este estado de reposo son las proteínas de membrana que
forman canales entre el medio extracelular e intracelular, las cuales normalmente se
encuentran cerradas. Estos canales son sensibles al voltaje, los cuales se abren a un
rango de -50 a -55 milivolts. Recuerden que existen múltiples tipos de canales de
membrana, y muchos de ellos son sensibles a variados estímulos, tanto mecánicos,
térmicos, o por ligandos, estos últimos son también de importancia en el proceso de
sinapsis, recuerden el botón sináptico y los neurotransmisores.
Por lo tanto al momento de existir una variación en el equilibrio iónico, hasta llegar al
rango de los -55milivolts, considerado el umbral del potencial de acción. Estos canales
se abren abruptamente, generando un cambio de polaridad, lo que significa que ahora
el medio intracelular posee una carga positiva, por la alta cantidad de Na+, y el medio
extracelular una carga negativa. Este cambio de polaridad se continúa a lo largo del
axón, y este movimiento de cargas es la corriente eléctrica del impulso nervioso.
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Ahora para estudiar el potencial de
acción y sus procesos, debemos
detenernos en un espacio fijo de la
membrana,
si
hacemos
esto
identificaremos
tres
procesos
principales representados en la grafica;
despolarización (3), repolarización (5) e
hiperpolarización (6).
Despolarización: Ocurre cuando el
valor de la diferencia de voltaje alcanza
el umbral del -55milivolts, por lo que
los canales sensibles al voltaje se abren,
dejando entrar a la célula altas
cantidades de Na+, por lo que se
genera un cambio de polaridad en
donde el medio intracelular se vuelve positivo y el medio extracelular con un valor
negativo, ambos con un valor máximo de +35milivolts.
Repolarización: Al llegar a los +35milivolts, los canales de Na+ se cierra, y se abren otros
canales dependientes de voltaje, pero estos canales son específicos para el K+, por lo
que el potasio intracelular sale al medio externo. Por consecuencia las cargas vuelven a
invertirse, recobrando los valores de -70 a -75 milivolts del estado de reposo. Lo que
deben recordar es que en este momento las concentraciones de iones se encuentran
invertidas, mayor cantidad de Na+ en el medio intracelular y mayor cantidad de K+ en el
medio extracelular.
Hiperpolarización: en este momento la diferencia de voltaje aumenta negativamente
más que el valor normal de reposo, a causa de la salida abrupta de K+ al medio
extracelular.
Existen también dos periodos dentro del potencial de acción en donde no se genera un
nuevo potencial de acción, estos son el periodo refractario absoluto y periodo
refractario relativo.
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El periodo refractario absoluto se
encuentra en el proceso de
repolarización e hiperpolarización,
en donde los canales de Na+ se
encuentran
completamente
inactivos.
El periodo refractario relativo se
encuentra posterior al proceso de
hiperpolarización, en donde los
canales de Na+ vuelven poco a poco
a estar activos, por lo que en este
periodo se pueden generar alzas de
voltaje, sin llegar al umbral, por lo
que no generaran un potencial de
acción nuevo.
Si leyeron atentos, estarán pensando
en que aun las concentraciones de
Na+ y K+ se encuentran invertidas,
mas Na+ en medio intracelular y mas
K+ en el extracelular. Entonces que
mecanismo se les viene en mente
para recuperar el estado de basal de
concentraciones, piensen en alguna
bomba.
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¡Prepárate para la PSU!
Analiza y resuelve las siguientes preguntas tipo PSU. Recuerda siempre leer
atentamente:
1. ¿Cuál de los siguientes corresponde a un tipo de neurona según la función que
desempeña?
A) Célula de Schwann.
B) Neurona multipolar.
C) Neurona unipolar.
D) Neurona asociativa.
E) Neurona bipolar.
2. Si se produce una lesión en el tálamo, se observarán alteraciones de
A) El procesamiento de la información sensorial.
B) El control de la frecuencia cardiaca.
C) El balance hídrico.
D) El control de la temperatura corporal.
E) Los reflejos medulares.
3. Es correcto afirmar que el movimiento peristáltico
I. Lo controla el Sistema Nervioso Autónomo.
II. Es independiente de neurotransmisores.
III. Lo efectúa el músculo liso.
A) Sólo I
B) I y II
C) I y III
D) II y III
E) I, II y III.
4. Algunos estados emocionales agudos se manifiestan por cambios, particularmente,
en el rostro. Uno de ellos es lo que conocemos como “ponerse
colorado”. De los mecanismos que llevan a esta respuesta, podemos decir que:
I. Está precedida por relajación de los esfínteres arteriolares cutáneos.
II. Uno de los síntomas es debido a activación de receptores de calor.
III. Es posible controlarlo desde la corteza motora.
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A) Sólo I
B) I y II
C) I y III
D) II y III
E) I, II y III.
5. La estimulación adrenérgica de las neuronas simpáticas se asocia con:
A) Contracción de los vasos sanguíneos de los músculos esqueléticos.
B) Disminución de la fuerza de contracción cardiaca.
C) Incremento de la peristalsis.
D) Dilatación pupilar.
E) Acomodación para visión cercana.
6. Los receptores periféricos dirigen su información al cerebro, ingresando a la
médula espinal por:
A) Astas posteriores o dorsales.
B) Astas anteriores o ventrales.
C) Región ventrolateral de las astas.
D) El canal del epéndimo.
E) Aracnoides – piamadre.
7. Al estimular el vago que inerva un corazón puesto en un medio de incubación se
libera una sustancia que provoca disminución de la frecuencia cardiaca. Si esta
sustancia se pone en contacto con:
I. El intestino, producirá relajación.
II. Las arterias, producirá vasoconstricción.
III. La pupila, producirá su contracción.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) I y II
E) II y III
8. En el bulbo raquídeo se integra información y se elaboran órdenes
relacionadas con:
A) La elaboración de sensaciones.
B) La elaboración de respuestas motoras voluntarias.
C) Distintos aspectos del lenguaje.
D) La elaboración de respuestas homeostáticas involuntarias.
E) Reflejos motores.
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