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Sistema Nervioso
Semana 2, Capítulo 33
33.1 Evolución del sistema nervioso
 Los animales responden rápido
a los estímulos porque tienen
un sistema nervioso. Su
componente principal es la
célula nerviosa o neurona. Las
neuronas transmiten impulsos
eléctricos a lo largo de su
membrana y se comunican con
otras neuronas mediante
mensajes químicos.
 Las neuronas son apoyadas
estructural y fisiológicamente
por otras células, conocidas en
conjunto como neuroglía.
Neuronas (verde) y células
de la neuroglía (rojo)
Tipos de neuronas
 Hay tres tipos de neuronas:
• Sensoriales- detectan
estímulos y envían señales
a interneuronas o neuronas
motoras.
• Interneuronas- procesan
información recibida de las
neuronas sensoriales y
pasan información a las
neuronas motoras.
• Motoras- estimulan los
músculos y glándulas que
responderán al estímulo.
Neuronas interconectadas
La red nerviosa de los cnidarios
 Los cnidarios, filo que
incluye a las hidras, las
aguavivas, las anémonas y
los corales, son los
animales más simples que
tienen neuronas. Las
mismas están aregladas
formando una red
nerviosa.
 Las neuronas de la red
están interconectadas pero
no hay ganglios ni cerebro
que controle el sistema.
La red nerviosa coordina el
movimiento de los tentáculos,
la apertura de la boca y la
contracción del cuerpo.
Sistema nervioso bilateral con
cefalización
 Los gusanos planos son los
animales más simples que
tienen un sistema nervioso
bilateral y una cabeza. Los
ganglios cefálicos son un
primer tipo de cerebro.
 Cefalización- concentración de
neuronas en la parte del cuerpo
que forma la cabeza.
 Ganglio- concentración de
cuerpos celulares de neuronas,
funcionan como centro de
integración nerviosa.
Cordones nerviosos- anélidos
 Los cordones
nerviosos de los
gusanos planos no
tienen ganglios. Los
anélidos y los
artrópodos tienen
sistemas nerviosos
más complejos, con
ganglios cerebrales
(cerebro primitivo) y
ganglios a lo largo del
cordón nervioso.
Cordones nerviosos- artrópodos
El sistema
nervioso de los
artrópodos es
muy sofisticado.
En los insectos
controla el vuelo,
una actividad que
requiere
comunicación
rápida y
coordinada entre
las neuronas y
los músculos que
mueven las alas.
El sistema nervioso de los vertebrados
 Se divide en dos partes:
• Sistema nervioso central
(SNC)- cerebro y cordón
espinal. Compuesto
mayormente de interneuronas.
• Sistema nervioso periférico-
nervios. Los nervios que
llevan impulsos del cuerpo
hacia el SNC son nervios
aferentes. Los que llevan
impulsos del SNC al resto del
cuerpo son nervios eferentes.
Componentes principales de nuestro
sistema nervioso
Este dibujo ilustra
el sistema
nervioso central
(cerebro y cordón
espinal) y varios
de los nervios
principales del
sistema nervioso
periférico.
33.2 Neuronas- las grandes comunicadoras
 Las neuronas son células especializadas para transmitir
impulsos nerviosos. El núcleo y los organelos están en
el cuerpo celular. Las dendritas son extensiones
cortas que reciben información. Los axones son
extensiones largas que transmiten información.
Flujo de información
 Las neuronas sensoriales tienen un axón bifurcado: una
parte responde a un estímulo y otra parte conduce
información.
 Las interneuronas y las neuronas motoras tienen
muchas dendritas y un solo axón.
 Observa la secuencia neurona sensorial, interneurona,
neurona motora.
33.3 Potenciales de membrana
 Las membranas de todas las células vivas tienen un
gradiente eléctrico. El interior de la célula es negativo
debido a la presencia en el citoplasma de proteínas
cargadas negativamente y a concentraciones diferentes
de iones positivos en ambos lados de la membrana.
• El interior de una neurona en descanso es negativo
por una magnitud de 70 milivoltios. Por lo tanto,
decimos que su potencial de reposo o descanso es
-70 mV.
• El potencial de reposo se mantiene estable porque
las proteínas no pueden salir de la célula y porque la
célula usa energía (ATP) para bombear iones de
sodio y potasio y así mantener las concentraciones.
Potencial de reposo o descanso
 A continuación se ilustra el potencial de reposo. Observa
que el interior de la célula es negativo y nota también las
concentraciones diferentes de sodio y potasio.
Bombas y canales en la membrana celular
 El potencial de reposo se mantiene por medio de bombas
de sodio y potasio que usan ATP para bombear ambos
iones en contra de su gradiente de concentración.
Una cantidad
sustancial del
ATP que tu
cuerpo
produce se usa
para mantener
el potencial de
acción de las
neuronas.
Bombas y canales en la membrana
celular
Los
transportadores
pasivos (B) y los
canales con
compuertas
sensibles (C)
permiten la
entrada y salida
de sodio y
potasio; los
primeros
pasivamente y los
segundos sólo en
cierto momento.
Bomba de sodio y potasio
en la ilustración anterior.
Potencial de acción
 Cuando la membrana de la neurona recibe un estímulo,
sucede un breve cambio de polaridad conocido como un
potencial local. Si la estimulación se torna más fuerte y
alcanza un nivel de umbral, entonces sucederá una
rápida inversión de polaridad llamada potencial de
acción. Durante este proceso los canales con
compuertas sensibles al sodio y al potasio abren y estos
iones entran y salen súbitamente de la célula.
 Las próximas figuras ilustran los cambios que suceden
en la membrana durante el potencial de acción.
Membrana en reposo
Interior
negativo con
respecto al
exterior.
Potencial de
descanso:
-70 mV
Entrada de sodio
Comienzo del
potencial de
acción, abren los
canales con
compuertas
sensibles al
sodio y éste
entra atraído por
el interior
negativo e
impulsado por el
gradiente de
concentración.
Salida de potasio y la entrada de sodio
en otro punto adyacente
Se abren los
canales con
compuertas
sensibles al
potasio y éste
sale de la
neurona.
Comienza
otro potencial
de acción un
poco más
alante en la
membrana.
Restablecimiento del potencial de reposo
y propagación del potencial
Se
restablece el
potencial de
descanso en
el punto
original. El
potencial de
acción se
sigue
propagando
hacia la
derecha.
Medición del potencial de acción
•Los potenciales de
reposo y de acción
pueden medirse con
un osciloscopio. Se
coloca un electrodo
dentro y otro fuera de
la célula.
•Los primeros trabajos
de este tipo se hicieron
con axones gigantes
de calamares.
Text
Los axones gigantes recibieron ese nombre no porque fueran sumamente largos,
sino porque eran inusualmente gruesos (como 1 mm de ancho). Esto facilitaba el
uso de los electrodos.
Gráfica del potencial de acción
El potencial de acción
produce una gráfica
característica.
A- potencial de reposo
(-70 mV).
B- estimulación hasta el
umbral (-60 mV).
C- entrada de sodio.
D- cambio de polaridad a
+33 mV.
E- salida de potasio.
F- hiperpolarización
G- restablecimiento del
potencial de reposo.
Periodo refractario y dirección del
impulso
El aumento adicional de carga negativa causada por la
salida de mucho potasio (4) crea un breve periodo
refractario durante el cual no puede suceder otro potencial
de acción. Esto hace que el impulso sólo puede propagarse
hacia el axón y no hacia el cuerpo de la neurona.
El
potencial
de acción
siempre
es igual,
por eso se
dice que
sucede
todo o
nada.
Hiperpolarización
33.5 Cómo las neuronas se comunican
 El potencial de acción
viaja por el axón hasta
llegar al final. Allí hay un
espacio muy pequeño (20
nm) llamado sinapsis,
que separa esta neurona
de otra neurona, de la
superficie de una fibra
muscular o de una célula
glandular.
Sinapsis
La sinapsis
 La sinapsis es el punto
donde una neurona se
comunica con otra célula.
La llegada de un
potencial de acción a la
sinapsis hace que
vesículas presentes en el
terminal presináptico se
acerquen a la superficie
de la membrana y liberen
neurotransmisor a la
sinapsis.
Hay varios neurotransmisores, el que
se libera entre las neuronas y las fibras
musculares se llama acetilcolina.
Funcionamiento del neurotransmisor
 Para que las vesículas liberen
el neurotransmisor es
necesario que el impulso sea
suficientemente fuerte para
causar una entrada de iones
de calcio (Ca++) a la
membrana presináptica. Las
vesículas entonces se
acercan a la membrana y
liberan el neurotransmisor.
 Receptores en la membrana postsináptica reciben el
neurotransmisor. Si la estimulación es suficiente se genera un
impulso nervioso que se propaga por la membrana de la célula.
Unión neuromuscular (entre una neurona
y una fibra muscular)
Efectos del neurotransmisor
 Los neurotransmisores pueden tener efectos
excitadores o inhibidores sobre la célula postsináptica.
La suma de todos los impulsos excitadores e inhibidores
que llegan simultáneamente a la célula postsináptica
determinan si la misma responde. Este proceso se
conoce como integración sináptica.
En este diagrama, la curva roja
representa el producto de la
integración sináptica entre un
estímulo excitador (amarillo) y
uno inhibidor (azul). En este
ejemplo el potencial integrado
no es suficiente para llegar al
umbral (-60 mV) y no se
genera un potencial de acción.
 Luego de estimular la
membrana postsináptica hay
que eliminar el neurotransmisor,
de lo contrario seguiría
estimulándola. La enzima
acetilcolinesterasa degrada el
neurotransmisor acetilcolina.
 El gas sarín, usado como arma
química, inhibe la función de la
acetilcolinesterasa. La
acumulación de acetilcolina en
la sinapsis y la estimulación
constante de las neuronas
puede causar la muerte.
Eliminación del neurotransmisor
33.6 Una combinación de señales
 Hay otros neurotransmisores además de la acetilcolina y
tienen efectos diferentes en distintas partes del cerebro.
Mal de Parkinson
 La enfermedad o mal de Parkinson afecta la función de
células que secretan dopamina en una región del
cerebro que envía impulsos a los músculos.
Mohammed Ali y Michael J. Fox sufren Parkinson desde hace muchos años.
Imágenes del Parkinson
 Las áreas en amarillo y rojo representan alta actividad
metabólica en células del cerebro que producen
dopamina.
Cerebro normal Cerebro con Parkinson
Prozac, Valium y Xanax
 El prozac, el valium y el xanax
interaccionan con
neurotransmisores.
 Prozac (fluoxetina) alivia la
depresión aumentando los niveles
de serotonina.
 Valium (diazepam) y Xanax
(alprazolán) reducen la ansiedad
aumentando los efectos del ácido
gama-aminobutírico (GABA), un
compuesto que inhibe la liberación
de neurotransmisores en ciertas
neuronas.
Neuropéptidos
 Algunas neuronas secretan
neuropéptidos que modulan a los
neurotransmisores. La sustancia P
intensifica la sensación de dolor.
Las encefalinas y las endorfinas
tienen el efecto contrario, por lo
que sirven de analgésicos
naturales.
 La producción de encefalinas y
endorfinas aumenta cuando
hacemos mucho ejercicio y
sufrimos accidentes. Esto explica
por qué no se siente dolor justo
después de un accidente grave.
33.7 Drogas que perturban la
señalización
 El ser humano descubrió hace miles de años que ciertas
sustancias producidas por las plantas reducen el dolor,
bajan la tensión nerviosa, producen placer, generan
halucinaciones o afectan el estado de ánimo.
 Todas las drogas psicoactivas, tanto las naturales como
las que hemos aprendido a sintetizar, intervienen con la
acción de neurotransmisores.
• Estimulantes- nicotina, cafeína, cocaína,
anfetaminas.
• Depresores- alcohol etílico, barbitúricos, marijuana
• Analgésicos- narcóticos, quetamina, PCP
• Alucinógenos- LSD, THC
Cafeína, nicotina y alcohol
etílico
 El hombre ha usado estas
tres drogas psicoactivas y
adictivas legalmente durante
siglos.
• Cafeína- estimulante que
bloquea la síntesis de
adonosina.
• Nicotina- estimulante que
bloquea receptores de
acetilcolina en el cerebro.
• Alcohol etílico- estimula
la liberación de enforfinas
y GABA.
Marijuana
 El nombre del ingrediente activo
de la marijuana se abrevia THC
y está presente en las hojas de
la planta Cannabis sativa.
 Su efecto sobre varios
neurotransmisores, incluyendo
dopamina y serotonina, produce
una sensación de relajamiento.
 La marijuana no es adictiva
pero su uso excesivo puede
causar halucinaciones y el uso
constante puede causar pérdida
de memoria.
Cocaína
 La cocaía se extrae de
las hojas de Erythroxylum
coca, una planta
cultivada en los países
andinos.
 Es un estimulante
poderoso y muy adictivo
que produce mucha
excitación, seguida por
depresión y cansancio.
 Funciona evitando que se
reabsorban varios
neurotransmisores en la
sinapsis.
Señales de la adicción a drogas
Ojo a estas señales en amigos y parientes
33.8 El sistema nervioso periférico
 El sistema nervioso periférico
se compone de nervios.
Tenemos 31 pares de nervios
espinales (salen del cordón
espinal) y 12 pares de nervios
craniales (salen del cerebro).
 Los nervios se componen de
axones de neuronas
sensoriales, motoras o ambas.
 Los axones están rodeados
por una capa de mielina
producida por células de la
neuroglía.
Estructura de un nervio
La capa de mielina
 La capa de mielina aisla los axones (como la goma de un
cable eléctrico) y acelera mucho la conducción del impulso
nervioso, porque en vez de tener que propagarse a todo lo
largo del axón, el potencial de acción salta de nudo en
nudo. Esto se conoce como conducción saltatoria.
La mielina es producida por células de
Schwann, un tipo de neuroglía. Las
interrupciones de conocen como
nodos de Ranvier.
Divisiones del sistema nervioso
periférico
 El sistema nervioso periférico tienen dos divisiones.
• El sistema somático lleva información sobre el
medio ambiente al sistema nervioso central (sección
involuntaria) y controla los músculos esqueléticos
(sección voluntaria).
• El sistema autónomo lleva información de los
órganos al sistema nervioso central y viceversa. Este
sistema es completamente involuntario.
 El sistema nervioso autónomo se divide a su vez en dos
partes que tienen funciones opuestas. Las neuronas del
sistema autónomo simpático estimulan la actividad de
los tejidos, mientras que las del sistema autónomo
parasimpático inhiben dicha actividad.
Divisiones del sistema nervioso
autónomo
Simpático- estimula Parasimpático- inhibe
La respuesta de pelear o huir
 Si percibes una situación
de peligro, el sistema
autónomo preparará tu
cuerpo para enfrentarla o
para huir. El sistema
simpático aumenta tu ritmo
cardiaco, comienzas a
respirar más rápido y tus
glándulas adrenales
secretan epinefrina
(adrenalina). Cuando el
peligro pasa, el sistema
parasimpático regresa las
funciones a lo normal.
33.9 La médula espinal
 La médula o cordón
espinal transcurre a lo
largo de un canal
ubicado justo encima de
las vértebras.
 De la misma salen 31
pares de nervios
espinales hacia distintas
partes del cuerpo.
Dependiendo de su
origen, los nervios se
dividen en cervicales,
torácicos, lumbares,
sacrales y coccígeos.
La médula más el cerebro componen
el sistema nervioso central.
Estructura de la médula espinal
 Las meninges son tres
membranas protectoras.
Entre ellas y la médula
circula fluido
cerebroespinal o
cefalorraquídeo. Una
infección de las
meninges causa
meningitis.
 Observa los tres nervios
espinales y el disco de
cartílago. Estos discos
causan a veces dolores
en la espalda baja.
Materia blanca y materia gris
 Un corte transversal de la
médula espinal revela
dos secciones. La
materia blanca se
compone de axones
mielinados que corren
hacia arriba y hacia
abajo. La materia gris se
compone de cuerpos
celulares, dendritas y
neuroglía.
 Por el canal central
también fluye líquido
cerebroespinal.
materia blanca materia gris
corte accidental
canal central
Debido a la presencia del canal central, se
dice que el cordón nervioso es hueco.
Detalles de la médula espinal
Arco reflejo
 Un reflejo es una respuesta automática (sin pensarlo).
Contraer el brazo cuando nos dan algo pesado, mover la
pierna cuando nos gopean levemente la rodilla y sacar
la mano de una superficie caliente son reflejos.
 Los reflejos espinales no requieren que el cerebro
intervenga para tomar una decisión, aunque la médula
informa al cerebro de lo sucedido.
• Las señales de las neuronas sensoriales entran a la
médula a través de la raíz dorsal de los nervios
espinales.
• La respuesta sale por la raíz ventral de los nervios
espinales.
Cómo funciona el reflejo de extensión
Sobre los términos cerebro y encéfalo
 El tejido nervioso que tenemos
en la cabeza de conoce
comúnmente como cerebro en
español y como brain en inglés.
Esto crea confusión porque
anatómicamente la parte
anterior del cerebro se llama en
español cerebro y en inglés
cerebrum.
 Para evitar la confusión, en lo
sucesivo esta presentación usa
el término encéfalo para la
masa total y cerebro para la
parte anterior.
33.10 El encéfalo de los vertebrados
 El encéfalo es el principal órgano de integración de
información. Junto a la médula espinal compone el
sistema nervioso central.
 Durante el desarrollo embrionario el encéfalo se
organiza en tres regiones funcionales llamadas encéfalo
anterior (prosencéfalo), encéfalo medio (mesencéfalo) y
encéfalo posterior (rombencéfalo).
Partes principales del encéfalo
 Este diagrama muestra cómo se han desarrollado las
tres partes principales del encéfalo en distintos
animales. Observa la reducción del encéfalo medio en
los mamíferos.
Partes del encéfalo
 El encéfalo posterior incluye la médula oblongada, el
puente y el cerebelo. Las tres partes juntas forman el
tallo cerebral, que tiene que ver mayormente con el
comportamiento reflejo.
 El encéfalo anterior (cerebro) es el centro más importante
de procesamiento de información en los humanos.
Evolucionó como una expansión del lóblulo olfatorio.
 El tálamo y el hipotálamo tienen funciones importantes
relacionadas con el mantenimiento de la homeostasia,
como por ejemplo generar la sensación de sed y
controlar la temperatura del cuerpo.
 Nuestro encéfalo es una masa gelatinosa que pesa unas
tres libras. Contiene unos 100 billones de interneuronas.
La mitad de su masa corresponde a neuroglía.
Más sobre el cerebro y el cerebelo
 El cerebro se divide en
dos hemisferios que se
coordinan a través del
cuerpo calloso. Cada
hemisferio procesa
información del lado
opuesto del cuerpo.
 El cerebelo tiene más
interneuronas que las
otras partes del cerebro.
Juega papeles muy
importantes en el balance,
la coordinación muscular y
el aprendizaje del idioma. Cerebelo
Text
Cerebro, recrecido y cubriendo el
resto del encéfalo
Funciones del
encéfalo
Texto claro en la página 568
Protección en la barrera hematoencefálica
 Las redes de capilares que rodean el
encéfalo y la médula espinal se
adhieren muy estrechamente para
formar la barrera hematoencefálica
(blood-brain barrier). Esta barrera
protege el sistema nervioso central
de la entrada directa de muchas
sustancias.
 Este control es necesario porque las
células nerviosas requieren un medio
ambiente muy estable; por ejemplo,
la concentración de iones tiene que
controlarse estrictamente. Las
toxinas y las drogas que afectan el
cerebro logran burlar esta barrera.
33.11 El Cerebro humano
 El cerebro se divide en dos
hemisferios (izquierdo y
derecho), cada uno de los
cuales controla el lado
opuesto del cuerpo.
 La superficie o corteza
cerebral se compone de
materia gris (interneuronas y
neuroglía). Nuestras
principales actividades
voluntarias, experiencias
sensoriales, pensamiento,
memoria y lenguaje se
procesan en la corteza.
Lóbulos cerebrales
 Cada uno de los
hemisferios cerebrales se
divide en cuatro lóbulos
llamados frontal,
temporal, parietal y
occipital.
 Las distintas funciones
de la corteza cerebral
suceden en áreas
específicas de estos
lóbulos.
Lóbulos cerebrales y algunas funciones
La corteza motora y la corteza sensorial
 Las partes de nuestro
cuerpo coresponden a
puntos específicos de la
corteza motora y la corteza
sensorial, ubicadas
respectivamente en el
lóbulo frontal y el lóbulo
parietal. El tamaño de las
partes es proporcional al
área de la corteza
dedicada a cada una.
 ¿Por qué se le dedica
tanto espacio de la corteza
a la cara y las manos?
Distribución
de áreas en
la corteza
motora
Actividad en distintas áreas
 Estas fotografías ilustran la actividad de interneuronas en
varias partes de la corteza cuando se realizan
actividades diferentes.
El sistema límbico
 El sistema límbico
incluye el
hipotálamo, el
hipocampo, la
amígdala y el giro
cingulado. Este
sistema gobierna
las emociones y
asiste en la
memoria.
La corteza cerebral puede rechazar los
impulsos súbitos y emocionales del sistema
límbico, permitiéndonos tomar una decisión
mejor analizada.
Los ventrículos cerebrales
 El encéfalo contiene cuatro
espacios principales llamados
ventrículos. Los ventrículos
contienen líquido
cerebroespinal que circula por
el interior y alrededor del
encéfalo, y por el canal
interno de la médula espinal.
El encéfalo esencialmente
flota en este líquido, que
amortigua el movimiento del
encéfalo.
 La hidrocefalia se debe a la
acumulación de este líquido.
Nuestra memoria
 La corteza cerebral recibe información constantemente
(incluso cuando dormimos) pero sólo una pequeña
cantidad se procesa como memoria. La memoria se
forma en etapas:
• Memoria de corto plazo- dura de segundos a horas
• Memoria de largo plazo- se almacena
indefinidamente
• Memoria de destrezas- envuelve al cerebelo y es
muy duradera (por ejemplo, correr bicicleta, martillar)
• Memoria declarativa- archiva datos e impresiones
 Nuestro cerebro consulta los distintos bancos de
memoria para decidir cómo debe responder a una
situación.
Etapas en la formación de la memoria
33.12 El cerebro dividido
 Roger Sperry estudió la percepción
sensorial de personas a quienes se les
había cortado el cuerpo calloso, una
masa de unos 200 millones de axones que
conectan los dos hemisferios cerebrales.
Descubrió que, aunque los dos hemisferios
son anatómicamente idénticos, tienen
algunas funciones diferentes.
 Por ejemplo, las destrezas de lenguaje y
matemáticas residen en el hemisferio
izquierdo, mientras que la música, las
relaciones de espacio y la información
visual se analiza en el hemisferio derecho.
Roger W. Sperry
(1913-1994)
Premio Nobel de
medicina (1981)
Información visual y el cerebro
Estas ilustraciones corresponden a los experimentos de Perry,
que se explican en la página 572 del texto.
33.13 Neuroglía- el equipo de apoyo de
las neuronas
 La neuroglía es el conjunto de células que apoyan a las
neuronas. En nuestro cerebro hay más neuroglía que
neuronas. Hay cuatro tipos de célula:
• Oligodendrocitos- producen mielina. La esclerosis
múltiple afecta estas células.
• Microglia- parte de nuestro mecanismo de defensa.
• Astrocitos- secretan varias sustancias, recuperan
neurotransmisores, ayudan en respuestas de defensa
y estimulan la formación de la barrera
hematoencefálica.
• Ependimales- cubren el interior de las cavidades
(ventrículos) del cerebro y secretan la mayor parte del
líquido cefalorraquídeo.
Astrocitos
Amarillo: neuronas. Anaranjado: astrocitos de la neuroglía.
Tumores cerebrales (gliomas)
 Las neuronas no se dividen y
por lo tanto no forman tumores.
Los tumores que se desarrollan
en el cerebro son causados por
el crecimiento descontrolado de
células de la neuroglía (por eso
se llaman gliomas). También
pueden desarrollarse a partir de
células cancerosas llegadas de
otros tejidos.
 La exposición a rayos X y a
compuestos carcinógenos
aumenta el riesgo de sufrir
tumores cerebrales.
Oligoastrocitoma anaplástico
Biodiversidad- Phrynus longipes
El guabá común
pertenece a un grupo
de arácnidos. Se
encuentra con más
frecuencia en las
paredes de las cuevas,
donde captura grillos y
cucarachas que toca
desde lejos con su
largo primer par de
patas. Sus pedipalpos
espinosos sujetan a la
presa. No es venenoso
ni pica duro.

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Presentación del capítulo 33

  • 2. 33.1 Evolución del sistema nervioso  Los animales responden rápido a los estímulos porque tienen un sistema nervioso. Su componente principal es la célula nerviosa o neurona. Las neuronas transmiten impulsos eléctricos a lo largo de su membrana y se comunican con otras neuronas mediante mensajes químicos.  Las neuronas son apoyadas estructural y fisiológicamente por otras células, conocidas en conjunto como neuroglía. Neuronas (verde) y células de la neuroglía (rojo)
  • 3. Tipos de neuronas  Hay tres tipos de neuronas: • Sensoriales- detectan estímulos y envían señales a interneuronas o neuronas motoras. • Interneuronas- procesan información recibida de las neuronas sensoriales y pasan información a las neuronas motoras. • Motoras- estimulan los músculos y glándulas que responderán al estímulo. Neuronas interconectadas
  • 4. La red nerviosa de los cnidarios  Los cnidarios, filo que incluye a las hidras, las aguavivas, las anémonas y los corales, son los animales más simples que tienen neuronas. Las mismas están aregladas formando una red nerviosa.  Las neuronas de la red están interconectadas pero no hay ganglios ni cerebro que controle el sistema. La red nerviosa coordina el movimiento de los tentáculos, la apertura de la boca y la contracción del cuerpo.
  • 5. Sistema nervioso bilateral con cefalización  Los gusanos planos son los animales más simples que tienen un sistema nervioso bilateral y una cabeza. Los ganglios cefálicos son un primer tipo de cerebro.  Cefalización- concentración de neuronas en la parte del cuerpo que forma la cabeza.  Ganglio- concentración de cuerpos celulares de neuronas, funcionan como centro de integración nerviosa.
  • 6. Cordones nerviosos- anélidos  Los cordones nerviosos de los gusanos planos no tienen ganglios. Los anélidos y los artrópodos tienen sistemas nerviosos más complejos, con ganglios cerebrales (cerebro primitivo) y ganglios a lo largo del cordón nervioso.
  • 7. Cordones nerviosos- artrópodos El sistema nervioso de los artrópodos es muy sofisticado. En los insectos controla el vuelo, una actividad que requiere comunicación rápida y coordinada entre las neuronas y los músculos que mueven las alas.
  • 8. El sistema nervioso de los vertebrados  Se divide en dos partes: • Sistema nervioso central (SNC)- cerebro y cordón espinal. Compuesto mayormente de interneuronas. • Sistema nervioso periférico- nervios. Los nervios que llevan impulsos del cuerpo hacia el SNC son nervios aferentes. Los que llevan impulsos del SNC al resto del cuerpo son nervios eferentes.
  • 9. Componentes principales de nuestro sistema nervioso Este dibujo ilustra el sistema nervioso central (cerebro y cordón espinal) y varios de los nervios principales del sistema nervioso periférico.
  • 10. 33.2 Neuronas- las grandes comunicadoras  Las neuronas son células especializadas para transmitir impulsos nerviosos. El núcleo y los organelos están en el cuerpo celular. Las dendritas son extensiones cortas que reciben información. Los axones son extensiones largas que transmiten información.
  • 11. Flujo de información  Las neuronas sensoriales tienen un axón bifurcado: una parte responde a un estímulo y otra parte conduce información.  Las interneuronas y las neuronas motoras tienen muchas dendritas y un solo axón.  Observa la secuencia neurona sensorial, interneurona, neurona motora.
  • 12. 33.3 Potenciales de membrana  Las membranas de todas las células vivas tienen un gradiente eléctrico. El interior de la célula es negativo debido a la presencia en el citoplasma de proteínas cargadas negativamente y a concentraciones diferentes de iones positivos en ambos lados de la membrana. • El interior de una neurona en descanso es negativo por una magnitud de 70 milivoltios. Por lo tanto, decimos que su potencial de reposo o descanso es -70 mV. • El potencial de reposo se mantiene estable porque las proteínas no pueden salir de la célula y porque la célula usa energía (ATP) para bombear iones de sodio y potasio y así mantener las concentraciones.
  • 13. Potencial de reposo o descanso  A continuación se ilustra el potencial de reposo. Observa que el interior de la célula es negativo y nota también las concentraciones diferentes de sodio y potasio.
  • 14. Bombas y canales en la membrana celular  El potencial de reposo se mantiene por medio de bombas de sodio y potasio que usan ATP para bombear ambos iones en contra de su gradiente de concentración. Una cantidad sustancial del ATP que tu cuerpo produce se usa para mantener el potencial de acción de las neuronas.
  • 15. Bombas y canales en la membrana celular Los transportadores pasivos (B) y los canales con compuertas sensibles (C) permiten la entrada y salida de sodio y potasio; los primeros pasivamente y los segundos sólo en cierto momento. Bomba de sodio y potasio en la ilustración anterior.
  • 16. Potencial de acción  Cuando la membrana de la neurona recibe un estímulo, sucede un breve cambio de polaridad conocido como un potencial local. Si la estimulación se torna más fuerte y alcanza un nivel de umbral, entonces sucederá una rápida inversión de polaridad llamada potencial de acción. Durante este proceso los canales con compuertas sensibles al sodio y al potasio abren y estos iones entran y salen súbitamente de la célula.  Las próximas figuras ilustran los cambios que suceden en la membrana durante el potencial de acción.
  • 17. Membrana en reposo Interior negativo con respecto al exterior. Potencial de descanso: -70 mV
  • 18. Entrada de sodio Comienzo del potencial de acción, abren los canales con compuertas sensibles al sodio y éste entra atraído por el interior negativo e impulsado por el gradiente de concentración.
  • 19. Salida de potasio y la entrada de sodio en otro punto adyacente Se abren los canales con compuertas sensibles al potasio y éste sale de la neurona. Comienza otro potencial de acción un poco más alante en la membrana.
  • 20. Restablecimiento del potencial de reposo y propagación del potencial Se restablece el potencial de descanso en el punto original. El potencial de acción se sigue propagando hacia la derecha.
  • 21. Medición del potencial de acción •Los potenciales de reposo y de acción pueden medirse con un osciloscopio. Se coloca un electrodo dentro y otro fuera de la célula. •Los primeros trabajos de este tipo se hicieron con axones gigantes de calamares. Text Los axones gigantes recibieron ese nombre no porque fueran sumamente largos, sino porque eran inusualmente gruesos (como 1 mm de ancho). Esto facilitaba el uso de los electrodos.
  • 22. Gráfica del potencial de acción El potencial de acción produce una gráfica característica. A- potencial de reposo (-70 mV). B- estimulación hasta el umbral (-60 mV). C- entrada de sodio. D- cambio de polaridad a +33 mV. E- salida de potasio. F- hiperpolarización G- restablecimiento del potencial de reposo.
  • 23. Periodo refractario y dirección del impulso El aumento adicional de carga negativa causada por la salida de mucho potasio (4) crea un breve periodo refractario durante el cual no puede suceder otro potencial de acción. Esto hace que el impulso sólo puede propagarse hacia el axón y no hacia el cuerpo de la neurona. El potencial de acción siempre es igual, por eso se dice que sucede todo o nada. Hiperpolarización
  • 24. 33.5 Cómo las neuronas se comunican  El potencial de acción viaja por el axón hasta llegar al final. Allí hay un espacio muy pequeño (20 nm) llamado sinapsis, que separa esta neurona de otra neurona, de la superficie de una fibra muscular o de una célula glandular. Sinapsis
  • 25. La sinapsis  La sinapsis es el punto donde una neurona se comunica con otra célula. La llegada de un potencial de acción a la sinapsis hace que vesículas presentes en el terminal presináptico se acerquen a la superficie de la membrana y liberen neurotransmisor a la sinapsis. Hay varios neurotransmisores, el que se libera entre las neuronas y las fibras musculares se llama acetilcolina.
  • 26. Funcionamiento del neurotransmisor  Para que las vesículas liberen el neurotransmisor es necesario que el impulso sea suficientemente fuerte para causar una entrada de iones de calcio (Ca++) a la membrana presináptica. Las vesículas entonces se acercan a la membrana y liberan el neurotransmisor.  Receptores en la membrana postsináptica reciben el neurotransmisor. Si la estimulación es suficiente se genera un impulso nervioso que se propaga por la membrana de la célula.
  • 27. Unión neuromuscular (entre una neurona y una fibra muscular)
  • 28. Efectos del neurotransmisor  Los neurotransmisores pueden tener efectos excitadores o inhibidores sobre la célula postsináptica. La suma de todos los impulsos excitadores e inhibidores que llegan simultáneamente a la célula postsináptica determinan si la misma responde. Este proceso se conoce como integración sináptica. En este diagrama, la curva roja representa el producto de la integración sináptica entre un estímulo excitador (amarillo) y uno inhibidor (azul). En este ejemplo el potencial integrado no es suficiente para llegar al umbral (-60 mV) y no se genera un potencial de acción.
  • 29.  Luego de estimular la membrana postsináptica hay que eliminar el neurotransmisor, de lo contrario seguiría estimulándola. La enzima acetilcolinesterasa degrada el neurotransmisor acetilcolina.  El gas sarín, usado como arma química, inhibe la función de la acetilcolinesterasa. La acumulación de acetilcolina en la sinapsis y la estimulación constante de las neuronas puede causar la muerte. Eliminación del neurotransmisor
  • 30. 33.6 Una combinación de señales  Hay otros neurotransmisores además de la acetilcolina y tienen efectos diferentes en distintas partes del cerebro.
  • 31. Mal de Parkinson  La enfermedad o mal de Parkinson afecta la función de células que secretan dopamina en una región del cerebro que envía impulsos a los músculos. Mohammed Ali y Michael J. Fox sufren Parkinson desde hace muchos años.
  • 32. Imágenes del Parkinson  Las áreas en amarillo y rojo representan alta actividad metabólica en células del cerebro que producen dopamina. Cerebro normal Cerebro con Parkinson
  • 33. Prozac, Valium y Xanax  El prozac, el valium y el xanax interaccionan con neurotransmisores.  Prozac (fluoxetina) alivia la depresión aumentando los niveles de serotonina.  Valium (diazepam) y Xanax (alprazolán) reducen la ansiedad aumentando los efectos del ácido gama-aminobutírico (GABA), un compuesto que inhibe la liberación de neurotransmisores en ciertas neuronas.
  • 34. Neuropéptidos  Algunas neuronas secretan neuropéptidos que modulan a los neurotransmisores. La sustancia P intensifica la sensación de dolor. Las encefalinas y las endorfinas tienen el efecto contrario, por lo que sirven de analgésicos naturales.  La producción de encefalinas y endorfinas aumenta cuando hacemos mucho ejercicio y sufrimos accidentes. Esto explica por qué no se siente dolor justo después de un accidente grave.
  • 35. 33.7 Drogas que perturban la señalización  El ser humano descubrió hace miles de años que ciertas sustancias producidas por las plantas reducen el dolor, bajan la tensión nerviosa, producen placer, generan halucinaciones o afectan el estado de ánimo.  Todas las drogas psicoactivas, tanto las naturales como las que hemos aprendido a sintetizar, intervienen con la acción de neurotransmisores. • Estimulantes- nicotina, cafeína, cocaína, anfetaminas. • Depresores- alcohol etílico, barbitúricos, marijuana • Analgésicos- narcóticos, quetamina, PCP • Alucinógenos- LSD, THC
  • 36. Cafeína, nicotina y alcohol etílico  El hombre ha usado estas tres drogas psicoactivas y adictivas legalmente durante siglos. • Cafeína- estimulante que bloquea la síntesis de adonosina. • Nicotina- estimulante que bloquea receptores de acetilcolina en el cerebro. • Alcohol etílico- estimula la liberación de enforfinas y GABA.
  • 37. Marijuana  El nombre del ingrediente activo de la marijuana se abrevia THC y está presente en las hojas de la planta Cannabis sativa.  Su efecto sobre varios neurotransmisores, incluyendo dopamina y serotonina, produce una sensación de relajamiento.  La marijuana no es adictiva pero su uso excesivo puede causar halucinaciones y el uso constante puede causar pérdida de memoria.
  • 38. Cocaína  La cocaía se extrae de las hojas de Erythroxylum coca, una planta cultivada en los países andinos.  Es un estimulante poderoso y muy adictivo que produce mucha excitación, seguida por depresión y cansancio.  Funciona evitando que se reabsorban varios neurotransmisores en la sinapsis.
  • 39. Señales de la adicción a drogas Ojo a estas señales en amigos y parientes
  • 40. 33.8 El sistema nervioso periférico  El sistema nervioso periférico se compone de nervios. Tenemos 31 pares de nervios espinales (salen del cordón espinal) y 12 pares de nervios craniales (salen del cerebro).  Los nervios se componen de axones de neuronas sensoriales, motoras o ambas.  Los axones están rodeados por una capa de mielina producida por células de la neuroglía. Estructura de un nervio
  • 41. La capa de mielina  La capa de mielina aisla los axones (como la goma de un cable eléctrico) y acelera mucho la conducción del impulso nervioso, porque en vez de tener que propagarse a todo lo largo del axón, el potencial de acción salta de nudo en nudo. Esto se conoce como conducción saltatoria. La mielina es producida por células de Schwann, un tipo de neuroglía. Las interrupciones de conocen como nodos de Ranvier.
  • 42. Divisiones del sistema nervioso periférico  El sistema nervioso periférico tienen dos divisiones. • El sistema somático lleva información sobre el medio ambiente al sistema nervioso central (sección involuntaria) y controla los músculos esqueléticos (sección voluntaria). • El sistema autónomo lleva información de los órganos al sistema nervioso central y viceversa. Este sistema es completamente involuntario.  El sistema nervioso autónomo se divide a su vez en dos partes que tienen funciones opuestas. Las neuronas del sistema autónomo simpático estimulan la actividad de los tejidos, mientras que las del sistema autónomo parasimpático inhiben dicha actividad.
  • 43. Divisiones del sistema nervioso autónomo Simpático- estimula Parasimpático- inhibe
  • 44. La respuesta de pelear o huir  Si percibes una situación de peligro, el sistema autónomo preparará tu cuerpo para enfrentarla o para huir. El sistema simpático aumenta tu ritmo cardiaco, comienzas a respirar más rápido y tus glándulas adrenales secretan epinefrina (adrenalina). Cuando el peligro pasa, el sistema parasimpático regresa las funciones a lo normal.
  • 45. 33.9 La médula espinal  La médula o cordón espinal transcurre a lo largo de un canal ubicado justo encima de las vértebras.  De la misma salen 31 pares de nervios espinales hacia distintas partes del cuerpo. Dependiendo de su origen, los nervios se dividen en cervicales, torácicos, lumbares, sacrales y coccígeos. La médula más el cerebro componen el sistema nervioso central.
  • 46. Estructura de la médula espinal  Las meninges son tres membranas protectoras. Entre ellas y la médula circula fluido cerebroespinal o cefalorraquídeo. Una infección de las meninges causa meningitis.  Observa los tres nervios espinales y el disco de cartílago. Estos discos causan a veces dolores en la espalda baja.
  • 47. Materia blanca y materia gris  Un corte transversal de la médula espinal revela dos secciones. La materia blanca se compone de axones mielinados que corren hacia arriba y hacia abajo. La materia gris se compone de cuerpos celulares, dendritas y neuroglía.  Por el canal central también fluye líquido cerebroespinal. materia blanca materia gris corte accidental canal central Debido a la presencia del canal central, se dice que el cordón nervioso es hueco.
  • 48. Detalles de la médula espinal
  • 49. Arco reflejo  Un reflejo es una respuesta automática (sin pensarlo). Contraer el brazo cuando nos dan algo pesado, mover la pierna cuando nos gopean levemente la rodilla y sacar la mano de una superficie caliente son reflejos.  Los reflejos espinales no requieren que el cerebro intervenga para tomar una decisión, aunque la médula informa al cerebro de lo sucedido. • Las señales de las neuronas sensoriales entran a la médula a través de la raíz dorsal de los nervios espinales. • La respuesta sale por la raíz ventral de los nervios espinales.
  • 50. Cómo funciona el reflejo de extensión
  • 51. Sobre los términos cerebro y encéfalo  El tejido nervioso que tenemos en la cabeza de conoce comúnmente como cerebro en español y como brain en inglés. Esto crea confusión porque anatómicamente la parte anterior del cerebro se llama en español cerebro y en inglés cerebrum.  Para evitar la confusión, en lo sucesivo esta presentación usa el término encéfalo para la masa total y cerebro para la parte anterior.
  • 52. 33.10 El encéfalo de los vertebrados  El encéfalo es el principal órgano de integración de información. Junto a la médula espinal compone el sistema nervioso central.  Durante el desarrollo embrionario el encéfalo se organiza en tres regiones funcionales llamadas encéfalo anterior (prosencéfalo), encéfalo medio (mesencéfalo) y encéfalo posterior (rombencéfalo).
  • 53. Partes principales del encéfalo  Este diagrama muestra cómo se han desarrollado las tres partes principales del encéfalo en distintos animales. Observa la reducción del encéfalo medio en los mamíferos.
  • 54. Partes del encéfalo  El encéfalo posterior incluye la médula oblongada, el puente y el cerebelo. Las tres partes juntas forman el tallo cerebral, que tiene que ver mayormente con el comportamiento reflejo.  El encéfalo anterior (cerebro) es el centro más importante de procesamiento de información en los humanos. Evolucionó como una expansión del lóblulo olfatorio.  El tálamo y el hipotálamo tienen funciones importantes relacionadas con el mantenimiento de la homeostasia, como por ejemplo generar la sensación de sed y controlar la temperatura del cuerpo.  Nuestro encéfalo es una masa gelatinosa que pesa unas tres libras. Contiene unos 100 billones de interneuronas. La mitad de su masa corresponde a neuroglía.
  • 55. Más sobre el cerebro y el cerebelo  El cerebro se divide en dos hemisferios que se coordinan a través del cuerpo calloso. Cada hemisferio procesa información del lado opuesto del cuerpo.  El cerebelo tiene más interneuronas que las otras partes del cerebro. Juega papeles muy importantes en el balance, la coordinación muscular y el aprendizaje del idioma. Cerebelo Text Cerebro, recrecido y cubriendo el resto del encéfalo
  • 57. Protección en la barrera hematoencefálica  Las redes de capilares que rodean el encéfalo y la médula espinal se adhieren muy estrechamente para formar la barrera hematoencefálica (blood-brain barrier). Esta barrera protege el sistema nervioso central de la entrada directa de muchas sustancias.  Este control es necesario porque las células nerviosas requieren un medio ambiente muy estable; por ejemplo, la concentración de iones tiene que controlarse estrictamente. Las toxinas y las drogas que afectan el cerebro logran burlar esta barrera.
  • 58. 33.11 El Cerebro humano  El cerebro se divide en dos hemisferios (izquierdo y derecho), cada uno de los cuales controla el lado opuesto del cuerpo.  La superficie o corteza cerebral se compone de materia gris (interneuronas y neuroglía). Nuestras principales actividades voluntarias, experiencias sensoriales, pensamiento, memoria y lenguaje se procesan en la corteza.
  • 59. Lóbulos cerebrales  Cada uno de los hemisferios cerebrales se divide en cuatro lóbulos llamados frontal, temporal, parietal y occipital.  Las distintas funciones de la corteza cerebral suceden en áreas específicas de estos lóbulos.
  • 60. Lóbulos cerebrales y algunas funciones
  • 61. La corteza motora y la corteza sensorial  Las partes de nuestro cuerpo coresponden a puntos específicos de la corteza motora y la corteza sensorial, ubicadas respectivamente en el lóbulo frontal y el lóbulo parietal. El tamaño de las partes es proporcional al área de la corteza dedicada a cada una.  ¿Por qué se le dedica tanto espacio de la corteza a la cara y las manos? Distribución de áreas en la corteza motora
  • 62. Actividad en distintas áreas  Estas fotografías ilustran la actividad de interneuronas en varias partes de la corteza cuando se realizan actividades diferentes.
  • 63. El sistema límbico  El sistema límbico incluye el hipotálamo, el hipocampo, la amígdala y el giro cingulado. Este sistema gobierna las emociones y asiste en la memoria. La corteza cerebral puede rechazar los impulsos súbitos y emocionales del sistema límbico, permitiéndonos tomar una decisión mejor analizada.
  • 64. Los ventrículos cerebrales  El encéfalo contiene cuatro espacios principales llamados ventrículos. Los ventrículos contienen líquido cerebroespinal que circula por el interior y alrededor del encéfalo, y por el canal interno de la médula espinal. El encéfalo esencialmente flota en este líquido, que amortigua el movimiento del encéfalo.  La hidrocefalia se debe a la acumulación de este líquido.
  • 65. Nuestra memoria  La corteza cerebral recibe información constantemente (incluso cuando dormimos) pero sólo una pequeña cantidad se procesa como memoria. La memoria se forma en etapas: • Memoria de corto plazo- dura de segundos a horas • Memoria de largo plazo- se almacena indefinidamente • Memoria de destrezas- envuelve al cerebelo y es muy duradera (por ejemplo, correr bicicleta, martillar) • Memoria declarativa- archiva datos e impresiones  Nuestro cerebro consulta los distintos bancos de memoria para decidir cómo debe responder a una situación.
  • 66. Etapas en la formación de la memoria
  • 67. 33.12 El cerebro dividido  Roger Sperry estudió la percepción sensorial de personas a quienes se les había cortado el cuerpo calloso, una masa de unos 200 millones de axones que conectan los dos hemisferios cerebrales. Descubrió que, aunque los dos hemisferios son anatómicamente idénticos, tienen algunas funciones diferentes.  Por ejemplo, las destrezas de lenguaje y matemáticas residen en el hemisferio izquierdo, mientras que la música, las relaciones de espacio y la información visual se analiza en el hemisferio derecho. Roger W. Sperry (1913-1994) Premio Nobel de medicina (1981)
  • 68. Información visual y el cerebro Estas ilustraciones corresponden a los experimentos de Perry, que se explican en la página 572 del texto.
  • 69. 33.13 Neuroglía- el equipo de apoyo de las neuronas  La neuroglía es el conjunto de células que apoyan a las neuronas. En nuestro cerebro hay más neuroglía que neuronas. Hay cuatro tipos de célula: • Oligodendrocitos- producen mielina. La esclerosis múltiple afecta estas células. • Microglia- parte de nuestro mecanismo de defensa. • Astrocitos- secretan varias sustancias, recuperan neurotransmisores, ayudan en respuestas de defensa y estimulan la formación de la barrera hematoencefálica. • Ependimales- cubren el interior de las cavidades (ventrículos) del cerebro y secretan la mayor parte del líquido cefalorraquídeo.
  • 70. Astrocitos Amarillo: neuronas. Anaranjado: astrocitos de la neuroglía.
  • 71. Tumores cerebrales (gliomas)  Las neuronas no se dividen y por lo tanto no forman tumores. Los tumores que se desarrollan en el cerebro son causados por el crecimiento descontrolado de células de la neuroglía (por eso se llaman gliomas). También pueden desarrollarse a partir de células cancerosas llegadas de otros tejidos.  La exposición a rayos X y a compuestos carcinógenos aumenta el riesgo de sufrir tumores cerebrales. Oligoastrocitoma anaplástico
  • 72. Biodiversidad- Phrynus longipes El guabá común pertenece a un grupo de arácnidos. Se encuentra con más frecuencia en las paredes de las cuevas, donde captura grillos y cucarachas que toca desde lejos con su largo primer par de patas. Sus pedipalpos espinosos sujetan a la presa. No es venenoso ni pica duro.