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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.