EL TEGUMENTO DE LOS ARTRÓPODOS A. INTRODUCCIÓN: El tegumento de los artrópodos comprende una membrana basal, una epidermis y una cutícula externa. Esta cutícula constituye un exoesqueleto que otorga ventajas con respecto al esqueleto hidrostático de sus antecesores. Ese esqueleto hidrostático se lo puede comparar con un tubo flexible de paredes inextensibles, lleno de un líquido incompresible y con músculos que se insertan en la pared del tubo, deformando a éste, permitiendo movimientos limitados, satisfactorios para el medio acuático, apenas aptos para la vida terrestre, pero insuficientes para el vuelo. Ejemplo: Oligoquetos. La cutícula de los artrópodos se presenta dividida en placas rígidas (escleritos), separadas por zonas flexibles (membranas de articulación). Los músculos se fijan entre los escleritos, permitiendo movimientos precisos. Las funciones de dicho tegumento son: ‐ Protección física. ‐ Soporte para la inserción de músculos.Disminuir la pérdida de agua. ‐ Reserva metabólica (usada cíclicamente en la construcción de la nuevacutícula). ‐ Impedir la entrada de material extraño, biótico o abiótico. ‐ Coloración. Los componentes celulares y acelulares del tegumento, no se presentan en forma uniforme, muy por el contrario, se diferencian de acuerdo a las necesidades del artrópodos. Las células epidérmicas pueden diferenciarse en glándulas, las cuales van a secretar los componentes de la cutícula, o pueden especializarse para formar parte de los órganos de los sentidos. En la zona de fijación de los músculos y en las zonas de intensa abrasión, la cutícula es fuerte y rígida, en las membranas de articulación es flexible y elástica, mientras que en las estructuras sensoriales puede llegar a ser extremadamente delgada. B. INSECTOS 1) Estructura: El componente más interno del tegumento es la membrana basal, acelular amorfa (mucopolisacáridos neutros) y con un grosor de más de 0,5 micrones. La epidermis, también llamada hipodermis, es un epitelio uniestratificado, que descansa sobre la membrana basal. Durante los períodos de inactividad sus células son aplanadas y de límites imprecisos, cuando activas (período de muda), las células son más' o menos cúbicas y sus membranas plasmáticas claramente visibles. Su borde libre, visto al microscopio óptico, presenta estrías que no son más que prolongaciones citoplasmáticas que penetran en el interior de conductos muy delgados llamados poro canalesque atraviesan la cutícula hasta las capas más profundas de la epicutícula. Algunas células epidérmicas se diferencian en glándulas dermales (uni o pluricelulares), que presentan una prolongación o conducto que vierte la secreción en la parte superficial. Estas células glandulares exhiben una actividad cíclica asociada con la producción de una nueva cutícula. Entre la membrana basal y las células epidérmicas encontramos los oenocitos. Estos son células grandes, sin ductos, frecuentemente poliploides, que sobrepasan los 100 Å de diámetro, mostrando nuevamente una actividad secretora correlacionada con el ciclo de la muda. En la cutícula, de afuera hacia adentro, se reconocen las siguientes capas: Apolisis. De arriba abajo: a) restos de la vieja exocutícula (exuvia), b) líquidos exuviales (verde), c) nueva cutícula (células columnares muertas) d) células epiteliales. En preparación para la ecdisis, el artrópodo entra en un período de reposo, la apolisis en que el viejo exoesqueleto se separa de las células epidérmicas subyacentes. Para la mayoría de los organismos este período de reposo es una etapa preparatoria en que las glándulas de muda de la capa epidérmica segregan un fluido que las va separando de las capas internas de la cutícula. Cuando la cutícula antigua se ha desprendido de la epidermis un jugo digestivo es segregado en el espacio entre estas dos capas. Sin embargo el líquido permanece inactivo hasta que la parte externa de la nueva cutícula se haya formado. Entonces, el organismo realiza movimientos corporales que empujan el fluido hacia el tegumento viejo. Este termina por desgarrarse en la parte dorsal permitiendo la emergencia del animal. A menudo esa grieta es causada por una combinación de movimientos y de aumento de presión sanguínea dentro del cuerpo. Esto le permite al organismo a salir del viejo exoesqueleto. A continuación sigue el proceso de formación de una nueva cutícula. Todas las estructuras de origen cuticular se desprenden junto con el viejo exoesqueleto. Estas incluyen los extremos del aparato digestivo y las tráqueas respiratorias EPICUTÍCULA La epicutícula consta de 4 capas: 1) la más externa llamada Capa de CEMENTO producida por las glándulas dermales. La naturaleza del cemento es lipoproteica, guardando semejanza con la "goma laca". 2) Capa de CERA (larga cadena de ácidos grasos estratificados), es producida por las células epidérmicas. La cera se dirige a través de los poro canales hasta la capa de cuticulina, la cual atraviesapor diminutas vías ramificadas en forma de abanico llamadas canales de la cera. Dentro de la capa de cera existe una capa monomolecular fuertemente empaquetada; la orientación de las moléculas de esta zona determina la resistencia a la pérdida de agua de la cutícula (extremo hifrófugo dirigido hacia adentro o hacia fuera). 3) Capa dePOLIFENOL, actualmente considerada como la capa externa de la cuticulina que ha sido curtida. 4) Capa de CUTICULINA sensu stricto, es considerada la capa más importante de la epicutícula por las siguientes razones: a) Por ser una barrera permeable selectiva, permitiendo durante la muda el pasaje del "factor activante"de las enzimas del líquido de la muda en un sentido y de los productos de la hidrólisis en el sentido opuesto. También permite el pasaje de la cera, ya que esta es depositada luego de formada la capa decuticulina. b) Por ser inelástica, por lo cual es limitadora del tamaño que puede alcanzar el insecto. e) Por ser la capa base sobre la cual se asienta la monocapa de cera. d) Por determinar el patrón superficial de la cutícula (microtriquias, estriacioties, etc.). Pese a la importancia de esta capa, la composición química de la cuticulina no es conocida, aunque por sus propiedades de coloración se deduce que contiene lipoproteínas, las cuales alcanzan a curtirse solamente enla capa de polifenol y no posee quitina (polímero de la acetil‐glucosamina). EXOCUTÍCULA Tiente aspecto homogéneo, está formada por proteínas curtidas (esclerotina) en un 37% y quitina combinada con proteínas en un 22%. Esta capa es dura, rígida e impermeable, y su grosor varía de la 1/12 de la cutícula. El curtido de las proteínas es responsable de la falta de laminación constituyendo así una capa homogénea. La exocutícula falta en las láminas articulares y en las líneas ecdisiales (zona de ruptura de la cutícula, que permite la salida del insecto recién mudado), encontrándose formada en esas regiones solamente por endocutícula y epicutícula. En conclusión, la exocutícula es una capa dura, rígida, con esclerotina, apareciendo en ella la quitina. Composición química de la quitina formada por moléculas de acetilglucosamina unidas en largas cadenas. MESOCUTÍCULA En algunas cutículas el límite entre la exo y endocutícula no es nítido denominándose a esta zona de transición mesocutícula. ENDOCUTÍCULA Contiene un 60% de quitina (polímero de la acetil‐glucosamina) y un 25% de proteínas no curtidas, razón por la cual esta capa es blanda, elástica y estructura laminar. Al microscopio óptico se observa que la endocutícula está formada por láminas de 3 a 5μ. EI microscopio electrónico revela que cada lámina está formada por una masa de microfibrillas ordenada en una sucesión de planos. Las fibras de un plano pueden variar 60° ó 90° con respecto a las del siguiente plano. La disposición de las fibras y la ausencia de proteínas curtidas, son las responsables de la elasticidad y flexibilidad de la endocutícula. CAPA DE SCHMIDT Es una capa que se observa entre las células epidérmicas y la endocutícula y, representa la porción recién secretada de la endocutícula, por lo tanto, la menos estabilizada. 2) Formación de la cutícula: Involucra las etapas preecdisial, ecdisial y postecdisial. Preecdisis El proceso de la muda comienza con la retracción de los filamentos de las células epiteliales que se encontraban dentro de los poros canales. Las células se agrandan y estas tensiones producen la separación de la cutícula del tejido epidérmico, quedando un espacio que va a ser ocupado por el líquido de la muda que será secretado por dichas células. Este líquido tiene granulaciones que no son más que enzimas inactivas de proteasas y quitinasas. El epitelio continúa creciendo y por esta razón comienza a plegarse. La primer capa de cutícula que se secreta es la de cuticulina. Pequeñas papilas se forman en la parte distal de las células epidérmicas y pequeñas gotas de lipoproteínas son secretadas de ellas, posteriormente las gotas coalescen y forman la capa de cuticulina. Los oenocitos se encuentran en máxima actividad en este momento, por ser estos los que secretan la capa de cuticulina, o quizás un precursor de las lipoproteínas que la componen. Esta capa presenta poros de 30 Å que son más pequeños que las moléculas de los fragmentos inactivos. Posteriormente, las células epidérmicas secretan el "factor activante" que pasa por .dichos poros y activa las enzimas del líquido de la muda. Entonces, las quitinasas actúan sobre la quitina y las proteasas sobre las proteínas no curtidas de laendocutícula. Estas enzimas no actúan sobre la parte proteica de la exocutícula, por el curtido de sus proteínas. Todo el material que se va disolviendo por acción de las enzimas es reabsorbido y se acumula en loscuerpos adiposos del insecto, para ser utilizado en la construcción de la nueva cutícula. Al mismo tiempo se va depositando la nueva procutícula que a diferencia de la epicutícula, se forma de adentro hacia fuera. La procutícula no curtida se la denomina artropodina. Simultáneamente el engrosamiento de la exocutícula, crecen los filamentos de las células epiteliales dentrodel recién formado poro canal. La deposición de la capa de cera comienza unas pocas horas antes de la ecdisis. La cera es secretada por las células epidérmicas, alcanzando una superficie a través de los poro canales y canales de la cera. La cera continúa produciéndose después de la ecdisis y en algunos insectos continúa secretándose durante todo el período intemudal. La secreción tan temprana de esta capa, es para evitar la pérdida de agua. Ecdisis En el momento de la ecdisis la vieja cutícula comprende sólo la exocutícula y la epicutícula. Momentos antes de la muda el insecto: comienza a tragar aire (o agua si es acuático), con lo cual incrementa la presión hemolinfática. La hemolinfa se localiza en la cabeza y en el tórax gracias a las contracciones de los músculos abdominales intersegmentales. Este incremento local de la presión en la parte anterior del cuerpo, conduce a la ruptura de la vieja cutícula a lo largo de las líneas de clivaje o ecdisiales, cuando están presentes (Foto 1: ecdisis de una de cucaracha desde un estado de ninfa a imago). La vieja cutícula que elimina el insecto se llama pelecho o exuvia (Foto 2: imago recién emergido y su exuvia). El insecto continúa tragando aire (o agua) luego de la muda con el propósito de estirar la nueva cutícula, antes del curtido de sus proteínas (Fotos 2‐6: proceso de estiramiento de su nueva cutícula y desplegado de sus alas). Foto 1 Foto 2 Foto 3 Foto 4 Foto 5 Foto 6 Postecdisis Algunos procesos son continuados y otros iniciados después de la ecdisis. La secreción de la cera continúa yla mayor parte de la endocutícula es depositada en este momento. Es también en esta etapa que la capa de cemento es depositada. El evento más importante postecdisial es el endurecimiento de la exocutícula (Foto 7). El endurecimiento es generalmente acompañado por el oscurecimiento (melanización) (Foto 8), aunque ambos procesos pueden ser independientes (existen cutículas duras incoloras). Los mecanismos de endurecimiento de la cutícula fueron estudiados en ooteca de cucaracha y pupa de mosca. Foto 7 Foto 8 En la larva de la mosca el nivel del aminoácido tirosina alcanza su máximo antes de la formación del puparioy declina durante el proceso de curtido. La tirosina es aparentemente acumulada en los hemocitos donde es oxidada a DOPA (dihidroxifenil alanina), la cual es descarboxilada a DOPAMINA. Se ha sugerido que la DOPAMINA es acumulada en las células epidérmicas transformada en N‐ACETIL DOPAMINA, la cual se dirige a través de los poro canales hasta la epícuticula, donde es oxidada a QUINONA, bajo la influencia de la di‐fenol‐oxidasa. La quinona, posteriormente, difunde hacia la procutícula enlazando las moléculas de proteínas: Según Hackman (1974) las quinonas pueden polimerizarse, produciendo largas moléculas, lo cual las transforma en poderosas agentes de curtido. La quinona se combina covalentemente con el grupo amino o sulfihidrilo de la proteína, para formar una proteína N‐CATECOL, la cual en presencia de un exceso de quinona es oxidada en una proteína N‐QUINONA. Este compuesto puede a su vez incorporar la otra proteína. Esta proteína curtida se conoce con el nombre de ESCLEROTINA. Color El color de las cutículas curtidas depende de la cantidad de quinona presente en ella. Cuando la molécula está presente en pequeña cantidad la cutícula es pálida .y sí está en exceso y además polimerizada, la cutícula es oscura. Otro responsable del oscurecimiento es la melanina que se origina, al igual que la quinona, de la tirosina. Caretenoides, derivados de la purinas y del triptofano, son otros de los pigmentos frecuentes que encontramos en la cutícula de los insectos. En muchos casos los colores dependen de la estructura de la cutícula (colores estructurales: principalmente los tornasolados o iridiscentes) Insecticidas Motivos económicos han despertado un enorme interés en el estudio de la permeabilidad del tegumento .a las sustancias químicas, especialmente los insecticidas. La cutícula actúa como una barrera física que disminuye el poder de la penetración de estas sustancias. El insecticida debe ser soluble en lípidos para transponer la cepa de cera y soluble en agua para penetrar la procutícula. El porcentaje de insecticida que traspasa la procutícula también va a depender del grosor de esta capa, la presencia o ausencia de poro canales y si estos últimos están ocupados por prolongaciones citoplasmáticas u otro material. Además, el porcentaje de penetración va a variar según la localización del insecticida sobre el tegumento. Las regiones intersegmentales y la fina cutícula que cubre los órganos táctiles y quimiorreceptores, proveen escasa resistencia a la penetración. El sistema traqueal es otro sitio de entrada. Una vez traspuesta la cutícula, el insecticida ejerce su acción inestabilizadando al tejido nervioso por mecanismos físicos y de inhibición enzimática. C. CRUSTÁCEOS 1) Estructura de la cutícula: La cutícula de los crustáceos puede variar desde fina y no calcificada (Bráquiopoda) hasta rígida, gruesa y fuertemente calcificada (Decápoda) En éstos últimos el tegumento lo podemos subdividir en 4 regiones: Epicutícula, Capa Pigmentada, Capa Calcificada y Capa Membranosa (o no calcificada). Epícuticula La epicutícula es una capa relativamente homogénea compuesta por proteínas curtidas y material lipídico, aunque no existe evidencia de la presencia de una monocapa de moléculas lipídicas, similar a la encontrada en la capa de cera delos insectos. La quitina no se encuentra en la epicutícula. Esta capa es a veces calcificada. Capa pigmentada Bajo la epicutícula existe una capa de quitina calcificada que contiene proteína curtida en su región externa.Vista desde la superficie a través de la epicutícula, esta capa presenta una disposición en mosaico, unidades hexagonales. El centro de cada columna hexagonal posee quitina impregnada con sales de calcio mientras quela proteína curtida se dispone en las regiones intercolumnares. Los límites de las columnas, aparentemente marcan los bordes de las células hipodérmicas responsables de la secreción de esta capa Los poro canales, se extienden verticalmente a través de las columnas, pero están ausentes en las regiones intercolumnares. Los gránulos de pigmentos están presentes en la capa . Capa calcificada Capa de quitina, no curtida, fuertemente impregnada con sales de calcio. Esta es la capa más gruesa del exoesqueleto. Capa membranosa o no calcificada Esta capa posee quitina, no curtida y no es calcificada.
