La coordinación nerviosa y hormonal en animales
La coordinación nerviosa y hormonal en animales El sistema nervioso es, probablemente, uno de los sistemas más complejos y maravillos del Universo Coordinació Coordinación nerviosa y endocrina CARACTERÍSTICAS SISTEMA NERVIOSO (coordinación nerviosa) SISTEMA ENDOCRINO (coordinación hormonal) COMPONENTE PRINCIPAL Tejido nervioso Glándulas endocrinas VÍA DE COMUNICACIÓN Nervios punto concreto Sangre células diana Impulsos nerviosos = electroquímicos Hormonas VELOCIDAD DE LA RESPUESTA Rápida y precisa Lenta DURACIÓN DE LA RESPUESTA Breve Duradera FUNCIONES QUE REGULA Y COORDINA Respuestas rápidas, como la locomoción Respuestas mantenidas SISTEMA DE TRANSMISIÓN (crecimiento, desarrollo,…) 1.1. La coordinación nerviosa: el sistema nervioso Principal componente: el tejido nervioso, especializado para la conducción de impulsos nerviosos. Funciones: › Recepción de estímulos › Transmisión, codificación y procesamiento de la información. › Elaboración de respuestas Componentes: › Células: neuronas y células gliales › Estructuras: fibras nerviosas, nervios, ganglios, centros nerviosos. 1.1.1. La neurona Unidad funcional y estructural del SN. Produce y transmite impulsos nerviosos. Soma Dendritas Axón Clasificación morfológica: tipos básicos de neuronas Multipolares (motoras) Bipolares Monopolares (sensoriales) Pero la diversidad morfológica en realidad es enorme… SNC SNP 1.1.2. Células de la glia Funciones de nutrición, aislamiento, homeostasis, sostén de las neuronas, formación de mielina. (Y más…: participación en la transmisión de señales, ¿células madre del SNC?...) Tipos: › › › › Astrocitos Microglía Oligodendrocitos Células de Schwann SNC SNP Glía en el SNC: Oligodendrocitos: Mielinización (1/varias neuronas) Microglía: Función fagocítica Glía en el SNC Astrocitos:: Soporte metabólico, BHE, etc. Astrocito Oligodendrocito mielinizando Microglía Glía en el SNP: célula de Schwann Envuelven los axones de las neuronas en el SNP, dando lugar a fibras nerviosas. 1.1.3. Fibras, nervios, ganglios y centros nerviosos. Los somas neuronales se agrupan para dar lugar a dos tipos de estructuras: › Centros nerviosos (en el SNC de vertebrados). Ej: cerebro, cerebelo. › Ganglios (en el SNP). Los axones se rodean por células de la glia para dar lugar a fibras nerviosas que, a su vez, se agrupan para dar lugar a nervios. Fibras nerviosas Asociación de 1 o varios axones rodeados por células de la glia. › Mielínicas: con vaina de mielina. Nódulos de Ranvier para la propagación del impulso nervioso. › Amielínicas: sin vaina de mielina. SNC SNP Fibras nerviosas en el SNP Mielínicas: cada célula de Schwann mieliniza a un solo axón (varias células consecutivas). Entre ellas, espacios sin mielina para la transmisión del IN = nódulos de Ranvier. Fibras nerviosas en el SNP Amielínicas: cada célula de Schwann rodea a varios axones que quedan cubiertos por evaginaciones citoplasmáticas, pero sin formación de capas concéntricas de mielina. Nervios Las fibras nerviosas, mielínicas y amielínicas, aparecen rodeadas por capas de tejido conjuntivo formando unas estructuras denominadas nervios. Capas: › Endoneuro: finas fibras de TC dispuestas longitudinalmente entre las fibras nerviosas. › Perineuro: TC que rodea a cada fascículo o grupo de fibras nerviosas. › Epineuro: capa más externa. Epineuro Perineuro Endoneuro Epineuro Perineuro Endoneuro Fascículos nerviosos Semifino teñido con azul de toluidina Nodo de Ranvier Sección longitudinal a través de un fascículo nervioso 2. El impulso nervioso y la sinapsis nerviosa El impulso nervioso es una señal electroquímica que se transmite a través de una neurona y de neurona a neurona mediante un flujo de cargas eléctricas a través de la membrana celular. A esta capacidad de las neuronas de cambiar su potencial eléctrico de membrana y transmitir este cambio a través de su axón se le denomina excitabilidad neuronal. El flujo de cargas a través de la membrana se debe a la capacidad de transporte activo para generar una diferencia de potencial electroquímico dentro y fuera de la célula. El impulso nervioso Potencial de reposo: las fibras nerviosas están polarizadas, es decir, presentan una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana (-70 mV). Excitación: cambio en la distribución de cargas por un cambio local de la permeabilidad entran iones Na+. Potencial de acción: variación brusca en el potencial de la membrana (se invierte la polaridad). Onda de despolarización viaja a lo largo del axón (= impulso nervioso). Repolarización de la membrana por acción de la bomba Na+/K+ (salen 3 Na+ y entran 2 K+). Membrana neuronal: potencial de reposo (-70mV) Tras un estímulo se crea un potencial de acción entra Na+ . 3 Na+ 3 Na+ 2 K+ 2 K+ 2 K+ 2 K+ 3 Na+ El potencial de acción avanza por la membrana neuronal impulso nervioso. 3 Na+ El potencial avanza y las zonas anteriores se repolarizan sale K+ . Potencial de reposo (-40 to -90 mV) El potencial supera un umbral: cuando el axón se despolariza hasta aproximadamente -55 mV, se inicia un: Potencial de acción e impulso nervioso Bomba sodio-potasio (transporte activo) y transmisión del impulso nervioso https://www.youtube.com/watch?v=P-imDC1txWw https://www.youtube.com/watch?v=ZAmUjvgoO0A https://www.youtube.com/watch?v=SdUUP2pMmQ4 2.1. Características del IN Unidireccional. Ley del todo o nada: su intensidad no varía durante la conducción. Todos los IN son semejantes, independientemente de su origen (tipo de estímulo sensorial). Es el centro nervioso quien los interpreta. Mecanismo de transmisión saltatorio de nodo a nodo de Ranvier. ↑↑↑↑↑ la velocidad de propagación, ya que el IN sólo se genera en los nodos. Saltatorio 2.2. La sinapsis Unión especial entre neuronas o entre una neurona y una célula no neuronal –tales como células musculares o glandulares – para la transmisión del IN. Tres premios Nobel: Golgi (silver staining) Ramón y Cajal (observaciones publicadas en 1890) Sherrington (1897): sinapsis Elementos en la sinapsis La comunicación entre neuronas no se da por un contacto directo mb-mb, sino que tiene lugar en un espacio = Hendidura sináptica. Botón presináptico: final de un axón Elemento postsináptico: en el soma, dendrita o axón de la neurona siguiente. Synapse: structure and function: • https://www.youtube.com/watch?v=9nUY6oLCWY&NR=1&feature=fvwp • https://www.youtube.com/watch?v=LT3VKAr4roo La sinapsis Botón presináptico con mitocondrias y vesículas con neurotransmisores (NT). Señal de Ca2+ para la liberación de NT. Hendidura sináptica: 20 nm Génesis de un potencial de acción en la mb postsináptica mediada por NT. Unidireccional Excitatorias (↑ permeabilidad al Na+) o inhibitorias Clasificación de acuerdo a su localización Axo-somática (10%) Axo-dendrítica (90-95%) Axo-axónica (poco frecuentes) PRE POST Unión neuro-muscular Membrana basal en la hendidura sináptica!! Neurotransmisores Amino ácidos 1-Glutamato - Excitatorio (EPSPs) - Responsable de función cerebral normal (presente en >50% sinapsis) - Aprendizaje, memoria, computación - Puede ser toxico, se cree causa de muerte neuronal en enf. neurodegenerativas 2- GABA (gamma-aminobutiric acid): - Inhibitorio (IPSPs) - Degeneración a nivel de ganglios basales (Corea de Huntington) - Implicado en epilepsia, ansiedad 3- Glicina - Inhibitorio (IPSPs) - Típicamente inhibe actividad motora Aminas biógenas (papel modulatorio) 1. Dopamina - Movimiento, atención, motivación, recompensa - Degeneración en SN = Enf. de Parkinson - En exceso = esquizofrenia, síndromes de hiperactividad 2. Noradrenalina - Liberada en SN Simpático, glándulas adrenales - Control de situaciones de estrés, alerta 3. Serotonina - Control de ingesta, ánimo, sueño y vigilia - Alteraciones en depresión, ansiedad, fobias Acetilcolina - Contracción músculo esquelético (unión neuromuscular) - Aprendizaje y memoria - Adicción al tabaco Neuropéptidos 1. Oxitocina (contracción músculo liso) 2. Vasopresina (regula retención de fluidos) 3. Sustancia P y opioides (percepción de dolor) Una neurona, miles de sinapsis… Excitatorias o inhibitorias Integración Génesis de un nuevo potencial de acción en la nuerona postsináptica Potencial excitatorio postsináptico Potencial inhibitorio postsináptico Recursos y vídeos: Animación flash sobre la neurona y la comunicación entre neuronas: http://www.elmundo.es/elmundosalud/ documentos/2006/04/neuronas.html Neural synapse: http://es.youtube.com/watch?v=HXx9ql JetSU 4. El sistema nervioso en invertebrados 1. Red difusa: › En cnidarios (celentéreos). › Muy sencillo: red de células nerviosas repartida por el cuerpo del animal. No existen centros de control. › Los IN se propagan en todas las direcciones. › Receptores – efectores / estímulo –respuesta: células sensoriales en la superficie, contracción de cél. mioepiteliales. 2. Sistema nervioso cordal: › En platelmintos y nematodos. › Ganglios cerebroides en la cabeza. › Dos cordones nerviosos en posición ventral con fibras que se distribuyen por el resto del cuerpo. Ganglios cerebrales Cordón nervioso 3. Sistema nervioso ganglionar: › En anélidos, artrópodos y moluscos. › ANÉLIDOS: Ganglios cerebroides en la cabeza (posición dorsal) que conectan con órganos de los sentidos. Doble cadena de ganglios ventrales (2/anillo). Collar periesofágico como conexión entre ambos. Ganglios cerebroides Collar periesofágico Cadena de gánglios (lado derecho) 3. Sistema nervioso ganglionar: › ARTRÓPODOS: Ganglios cefálicos de mayor tamaño que inervan ojos, antenas y piezas bucales. Mayor acumulación de ganglios de la cadena ganglionar ventral en determinadas zonas de tórax y abdomen. Cordón nervioso “Cerebro" Ganglios 3. Sistema nervioso ganglionar: › MOLUSCOS: Ganglios localizados en determinadas regiones corporales (cabeza, pie, masa visceral). En cefalópodos, gran desarrollo de sentido de la vista: lóbulos ópticos especializados. 4. Sistema nervioso anular: › En equinodermos. › Collar periesofágico del que parten 5 nervios radiales, 1/brazo. 3. El sistema nervioso en vertebrados Desarrollo embrionario: a partir del tubo neural (posición dorsal). Da lugar al encéfalo (posición anterior) y a la médula espinal. Anatómicamente se distinguen: › SNC: encéfalo y médula espinal › SNP: ganglios y nervios periféricos. Une receptores y efectores con los centros de control del SNC. Formación del tubo neural Formación de las vesículas celálicas (E12 rat) Mesencéfalo Diencéfalo Telencéfalo Clasificación anatómica: SNC y SNP Metencéfalo Mielencéfalo SNC SNP , porción motora (somático y autonómico) SNP (sensorial) 3.1. Sistema nervioso central Encéfalo y médula espinal. Protegidos por: › Los huesos del cráneo y las vértebras, respectivamente. › Las meninges: membranas de TC. Piamadre Líquido cefalorraquídeo Aracnoides Duramadre (la más externa) Sustancia gris: cuerpos celulares. Hemisferios cerebrales y zona interna de la médula. Sustancia blanca: axones mielinizados: zona interna del encéfalo y externa de la médula. - Anestesia epidural - Punción lumbar Sustancia gris y sustancia blanca Encéfalo: sustancia gris (exterior) y sustancia blanca (interior). Médula: sustancia gris (astas dorsales y ventrales) rodeada por sustancia blanca. 3.1.1. Partes del encéfalo Telencéfalo: hemisferios cerebrales (corteza) + cuerpo calloso. Funciones superiores (pensamiento, voluntad, inteligencia, memoria…) Diencéfalo: tálamo (análisis y transmisión de la info. sensorial) y el hipotálamo (apetito, homeostasis, neurohormonas para regulación de las glándulas endocrinas). Metencéfalo (= cerebelo). Control de movimientos y postura. Mesencéfalo: 4 tubérculos cuadrigémicos que reciben fibras de los ojos y de los oídos. Mielencéfalo (= bulbo raquídeo): en continuación con la médula espinal. Regulación del SN autónomo (ritmo cardio-respiratorio, tos, vómito, deglución…) Telencéfalo Diencéfalo Circunvoluciones Mesencéfalo Mielencéfalo o bulbo raquídeo Metencéfalo o cerebelo 3.1.1. Partes del encéfalo National Geographic: anatomía del encéfalo: http://science.nationalgeographic.com/scien ce/health-and-human-body/humanbody/brain-article.html Anatomía del cerebro (5’): http://www.dailymotion.com/video/x6oimf_an atomia-del-cerebro_school 3.1.2. Médula espinal Dentro del canal vertebral, desde la base del cráneo hasta la 2ª vértebra lumbar, protegida por las meninges. Surco medio dorsal y hendidura ventral. Sustancia gris interna: astas ventrales y dorsales unidas por la comisura gris. Canal central tapizado por el epéndimo. De ella parten 31 pares de nervios espinales con una raíz dorsal (aferente: información de llegada al SNC) y otra ventral (eferente: información de salida desde el SNC). Sistema nervioso (22’): https://www.youtube.com/wat ch?v=Es0jSDcyP0I 3.2. Sistema nervioso periférico 12 pares de NERVIOS CRANEALES, desde la parte ventral del encéfalo, conectan con órganos de la cabeza, parte superior del tronco (cuello, tórax, abdomen) y algunos órganos internos. 31 pares de NERVIOS ESPINALES (8+12+5+6), desde la médula a través de los espacios intervertebrales. Aferentes (neuronas sensitivas, desde los receptores) y eferentes (neuronas motoras, hacia los efectores). GANGLIOS RAQUÍDEOS: formados por las neuronas sensitivas a nivel de las raíces dorsales del nervio, antes de entrar en la médula. 3.2. Sistema nervioso periférico 12 pares de NERVIOS CRANEALES, desde la parte ventral del encéfalo, conectan con órganos de la cabeza, parte superior del tronco (cuello, tórax, abdomen) y algunos órganos internos. 3.2. Sistema nervioso periférico 31 pares de NERVIOS ESPINALES (8+12+5+6), desde la médula a través de los espacios intervertebrales. Aferentes (neuronas sensitivas, desde los receptores) y eferentes (neuronas motoras, hacia los efectores). 3.2. Sistema nervioso periférico GANGLIOS RAQUÍDEOS: formados por las neuronas sensitivas a nivel de las raíces dorsales del nervio, antes de entrar en la médula. Estas neuronas son neuronas pseudounipolares: tienen un solo axón con dos ramas, una distal que trae información de un órgano sensorial y otra proximal que actúa como dendrita llevando la información hacia el SNC. 5. Funcionamiento del SN 2 componentes funcionales del SNP, según el tipo de respuesta y el órgano efector que inervan: › SN somático: respuestas voluntarias. Neuronas motoras cuyos somas están en SNC que inervan músculos esqueléticos de contracción consciente. › SN autónomo o vegetativo: respuestas involuntarias y automáticas. Regula la actividad de las vísceras y la homeostasis. SN SOMÁTICO - Las motoneuronas de las astas anteriores de la médula inervan fibras musculares a través de varios botones sinápticos (unidades motoras). - Neurotransmisor: Acetilcolina - Siempre EXCITATORIO. https://www.youtube.com/watch?v=y7X7IZ_ubg4 https://www.youtube.com/watch?v=BMT4PtXRCVA 5.2. Sistema nervioso autónomo Centros de control en hipotálamo, bulbo raquídeo (mielencéfalo) y médula. Nervios motores que inervan corazón, músculo liso de vísceras y glándulas. Sinapsis tanto inhibitorias como excitatorias. Con neurona motora preganglionar (en SNC, fibras mielínicas) y neurona postganglionar (en ganglios periféricos, fibras amielínicas). Dos divisiones con funciones antagónicas: › Simpático: situaciones de alerta/alarma. ↑ gasto energético. › Parasimpático: relaja y recupera el estado basal. ↓ gasto energético. Sistema nervioso periférico Sistema nervioso somático Movimiento corporal (control voluntario) Sistema nervioso vegetativo / autónomo Sistema simpático Actúa en situaciones de alerta o alarma Funciones básicas (control involuntario) Sistema parasimpático Actúa relajando y recuperando las condiciones normales para el organismo Ganglios simpáticos: Ganglios parasimpáticos: 6. Elaboración de respuestas motoras por el SN 6.1. Actos reflejos Inconscientes: sin intervención de la voluntad. Ej.: respuesta automática ante quemadura, pinchazo… Rápidos: sólo interviene la médula. ARCOS REFLEJOS: › Órgano receptor › Neurona sensitiva (nervios espinales aferentes) › Neurona de asociación (en la sustancia gris de la médula) › Neurona motora (astas ventrales) › Órgano efector (músculo o glándula) Arcos reflejos: 6. Elaboración de respuestas motoras por el SN 6.2. Actos voluntarios Conscientes y más elaboradas: intervención de la corteza cerebral. Elementos que intervienen: › Órgano receptor ganglio de la raíz dorsal (neuronas pseudounipolares). › Sinapsis con interneurona en sustancia gris (astas dorsales) sinapsis en bulbo raquídeo. › Sinapsis con corteza cerebral: HEMISFERIO CONTRALATERAL. Se hace consciente el estímulo, se elabora una respuesta. › Neurona motora cuya fibra desciende de nuevo de forma contralateral por la sustancia blanca de la médula. › Sinapsis con neurona motora en astas ventrales Sinapsis en órgano efector. Recursos para ampliar y repasar: Proyecto Biosfera: http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/al umno/1bachillerato/animal/contenidos15.htm National Geographic: anatomía del encéfalo: http://science.nationalgeographic.com/science/healthand-human-body/human-body/brain-article.html Junta de Andalucía: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29701428/salu d/nervio.htm 7. Coordinación hormonal: el sistema endocrino Glándula hormona a sangre receptores en células diana actividad celular (crecimiento, desarrollo, metabolismo…) Regulación: La mayoría de las glándulas endocrinas están controladas por el hipotálamo: Retroalimentación negativa: 8.1. Eje hipotálamo-hipófisis Regula la liberación de hormonas de la hipófisis, mantiene la temperatura corporal, regula conductas como la alimentación, ingesta de líquidos, apareamiento y agresión. El hipotálamo envía señales nerviosas y segrega hormonas que controlan la hipófisis: › Neurohormonas: ADH y oxitocina (vasopresina). Se almacenan en la neurohipófisis y de ahí se segregan a sangre. › Factores hipotalámicos: hormonas que viajan a la adenohipófisis donde estimulan la secreción de otras hormonas hipofisarias. Factores hipotalámicos de liberación (RH) o de inhibición (IH) TRH: hormona liberadora de tirotropina. CRH: liberadora de corticotropina. GHRH: liberadora de la hormona del crecimiento. GHIH = somatostatina: inhibidora de la hormona del crecimiento. GnRH: liberadora de gonadotropinas (LH, FSH). PIH: inhibidora de prolactina. 8.2. Hipófisis Pequeña glándula unida a la base del hipotálamo. Regulación desde hipotálamo y por retroalimentación negativa desde las propias glándulas que ella controla. 8.2. Hipófisis Adenohipófisis = lóbulo anterior - GH - TSH - FSH y LH - Prolactina - ACTH (adrenocorticotropa) Neurohipófisis = lóbulo posterior - Oxitocina - Vasopresina (ADH) Región intermedia - MSH (melanocito estimulante) Hormonas de la adenohipófisis GH: crecimiento de huesos, músculos y cartílagos. PROLACTINA: producción de leche. FSH: maduración folículos ováricos y producción de estrógenos en ♀, producción de espermatozoides en ♂. LH: ovulación, formación del cuerpo lúteo y producción de progesterona en ♀, producción de testosterona en ♂. TSH: estimulación del tiroides para producción de hormonas tiroideas. ACTH: estimulación de la corteza suprarrenal. 8.3. Tiroides En el cuello, bajo la laringe, dos lóbulos. Tiroxina y triyodotironina: acelerar metabolismo celular. Precursor: aa tirosina + yodo. Calcitonina: ↓ [Ca+2] en sangre fijación de Ca+2 en huesos. 8.4. Paratiroides 4 pequeñas glándulas a nivel posterior en ambos lóbulos de la tiroides. Parathormona: metabolismo de Ca+2 y fosfato, liberación de Ca+2 del hueso (efecto contrario a calcitonina). 8.5. Páncreas endocrino: islotes de Langerhans Regulación de la glucemia: Insulina: › Aumenta la permeabilidad de las mb. celulares a la glucosa ↓ [Glucosa] en sangre. › Estimula síntesis de glucógeno en hígado. Glucagón: › Aumenta [Glucosa] en sangre mediante la degradación de glucógeno en hígado. 8.6. Glándulas suprarrenales Corteza suprarrenal: unas 30 hormonas esteroideas. › Mineralocorticoides: aldosterona. Regulan el equilibrio iónico › Glucocorticoides: cortisol y cortisona. Metabolismo celular de lípidos, glúcidos y proteínas. › Andrógenos suprarrenales testosterona en testículos. Médula suprarrenal: › Adrenalina y noradrenalina: aumentan ritmo cardiorespiratorio y [glucosa] en sangre en situación de estrés/alerta. 8.7. Testículos Células de Leydig (intersticiales): Andrógenos testosterona. Responsables de: › Aparición de caracteres sexuales secundarios › Espermatogénesis › Funcionamiento de los órganos sexuales 8.8. Ovarios Estrógenos (estradiol): › Aparición y mantenimiento de caracteres sexuales secundarios. › Regulación del ciclo menstrual. Progesterona, por el cuerpo lúteo: › Desarrollo del útero durante la segunda mitad del ciclo menstrual para favorecer la implantación del embrión. › Mantenimiento del útero durante el embarazo. 9. Hormonas en invertebrados Liberación de hormonas a los líquidos corporales a partir de células neurosecretoras distribuidas por el SN. Ejemplo: regulación de procesos como la metamorfosis (larva pupa / ninfa adulto. Hormona juvenil, hormona de activación y ecdisona) y la muda en insectos (ecdisona) 15 (estadios de ninfa): MUDAS 56 (adulto alado): MUDA Y METAMORFOSIS Mariposa Monarca, metamorfosis completa (time lapse): https://www.youtube.com/watch?v=ocWgSgMGxOc Mariposa Monarca: de oruga a crisálida https://www.youtube.com/watch?v=vAk-B_jMRSg 10. Feromonas (T. 8, p. 158) Vertebrados e invertebrados, actúan generalmente sobre individuos de la misma especie. Composición química variada, pequeñas cantidades. A veces, mezcladas en sudor, orina… Quimiorreceptores. Funciones comportamiento animal: › Señalización del territorio › Localización de individuos del sexo contrario › En invertebrados: procesos de desarrollo y diferenciación individual (ej.: abeja reina y obreras) Vídeos: Feromonas, comunicación entre hormigas https://www.youtube.com/watch?v=gcHt5n3N GK0 https://www.youtube.com/watch?v=GhGno2B Its0 (1h, 28’) Feromonas en abejas: https://www.youtube.com/watch?v=vll_2xH_S QY Pheromone trapping: https://www.youtube.com/watch?v=HGcYu3t GrUY Recursos para ampliar y repasar: Tabla resumen de glándulas y hormonas: http://cienciasnaturales.es/SISTEMAENDOCRIN O.swf Junta de Andalucía: sistema endocrino: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29 701428/salud/endocri.htm Animación flash sobre anatomía del endocrino y control hormonal: http://recursostic.educacion.es/secundaria/ed ad/3esobiologia/3quincena12/imagenes1/end ocrino.swf
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