Fisiología comparada_Relación CRÉDITOS Autoría de la presentación en Power Point: Juan Ignacio Noriega Iglesias Texto (con modificaciones) e imágenes procedentes de: Biología y Geología – 1Bachillerato Autores del texto: Natividad Ferrer Marí, Miguel García Vicente, Manuel Medina Martínez. Editorial: Bruño Madrid, 2002 ISBN 84-216-4329-0 El resto de las imágenes procede de diversas fuentes en Internet.

Elementos del proceso de relación

Los coordinadores Sistema endocrino Sistema nervioso Glándula endocrina Sistema nervioso central Acción lenta Sistema nervioso Neuronas Neurotransmisores Célula blanco (diana) Activación/Inhibición metabolismo celular Fibra muscular Acción rápida

Coordinación nerviosa Neuronas Características Excitabilidad Conductividad Anatomía Soma (= pericarion) Ganglios Núcleos Dendritas Axón Vaina de mielina Nódulos de Ranvier Botones sinápticos Nervios (en el SNP) Tractos (en el SNC) Células gliales

Tipos de neuronas Sensitivas (aferentes) Motoras (eferentes) Receptor Neurona de asociación Motoras (eferentes) Procesador Efector (músculo, glándula) Interneuronas (neuronas de asociación) Conectan neurona sensitiva con neurona motora Redes de asociación en encéfalo (procesos asociativos: memoria)

El impulso nervioso(I) Flujo de iones a través y a lo largo de la membrana de la neurona Potencial de reposo Equilibrio Donnan Transporte activo (bomba Na/K) Exterior: Na+, Cl- POSITIVO Interior: K+, aniones de proteínas NEGATIVO Polaridad de membrana Diferencia de potencial (-70 mV)

El impulso nervioso (II) http://intro.bio.umb.edu/111-112/112s99Lect/neuro_anims/a_p_anim1/WW3.htm Los potenciales de reposo y acción se miden con sendos electrodos situados a ambos lados de la membrana plasmática Salida de K+ Estímulo Comienza a bombearse Na+ al exterior Exceso de cationes en el exterior de la membrana Estímulos: fotones (conos, bastones), moléculas (quimiorreceptores nasales, vomerianos o linguales), cambios de presión en perilinfa y endolinfa (oído interno; células de Corti), etc.

La sinapsis química Unión funcional, sin contacto, entre dos neuronas o entre una neurona y una célula efectora (fibra muscular, célula diana) Partes de la sinapsis Membrana presináptica Del botón terminal axón Anastomosis vesículas con neurotransmisores Brecha sináptica 200 A Neurotransmisor Membrana postsináptica De la dendrita Del nodo de Ranvier de otro axón De la fibra muscular De una célula diana Receptores específicos para neurotransmisor

Sinapsis y neurotransmisores Clases de sinapsis Excitadoras: con los neurotransmisores: Acetilcolina Adrenalina (= epinefrina) Noradrenalina (= norepinefrina) Dopamina (L-Dopa) Inhibidoras: Con los neurotransmisores: Endorfinas (ß-endorfina) Encefalinas GABA Alanina Glicina Serotonina

Sinapsis y neurotransmisores en la placa motora Acetilcolina Excitadora músculo estriado Inhibidora músculo cardíaco Noradrenalina En neuronas motoras del SN Simpático (p. 322)

Sinapsis en la placa motora

El procesamiento de la información (I) Interpretación del estímulo: En la correspondiente zona de proyección del encéfalo Intensidad del estímulo: Directamente proporcional a: nº de neuronas excitadas frecuencia de impulsos por neurona

El procesamiento de la informacíón (II) Recepción de la información y respuesta correspondiente: Vías sensitivas: convergentes (para procesamiento eficaz) Vías motoras: divergentes (para ejecución eficaz) Célula de Corti Cono Corpúsculo de Meissner

El procesamiento de la informacíón (III) Arcos reflejos/Actos reflejos Arco reflejo: Sencillo Neurona sensitiva Neurona motora Complejo I Neurona sensitiva (larga dendrita, corto axón) Interneurona Neurona motora (corta dendrita, largo axón) Complejo II n x Neuronas sensitivas n’ x Interneuronas n’’ x Neuronas motoras

El procesamiento de la informacíón (IV) Arcos reflejos/Actos reflejos/Actos voluntarios Acto reflejo: Reacción simple que transcurre rápidamente (aferencia  eferencia) Acto reflejo innato (= no condicionado): desde nacimiento Desecación conjuntiva parpadeo Objeto en aproximación rápida a ojo  parpadeo Súbita corriente de aire a córnea  parpadeo Bolo alimenticio en base lengua  deglución Golpe en base rótula  reflejo rotuliano Olor o vista de alimento  salivación (“se me hace la boca agua”) Frotamiento al perro acostado en zona intercostal  movimiento convulsivo de pata trasera Acto reflejo condicionado: requiere aprendizaje. Débil sonido o corriente de aire a córnea no produce parpadeo, pero si estos estímulos neutros llegan repetidas veces a la córnea un poco antes que la corriente de aire intensa, tras repetir varias veces la situación, producen parpadeo por si solos.

CONDICIONAMIENTO EXPERIMENTAL DEL MIEDO CONDICIONAMIENTO EXPERIMENTAL DEL MIEDO. Mientras la rata oye sólo un tono, su presión sanguínea sube poco y apenas se queda paralizada (izquierda). Sólo cuando el animal recibe simultáneamente una débil descarga eléctrica a través de la rejilla del suelo de la jaula, exterioriza una manifiesta reacción fisiológica y se queda rígida (centro). Después de haber recibido repetidamente estos estímulos, basta sólo el sonido para que se produzca la reacción (derecha). (Rüdiger Vaas, Investigación y Ciencia, monográfico Mente y Cerebro, nº 1/2002, p. 62).

El procesamiento de la informacíón (V) Arcos reflejos/Actos reflejos/Actos voluntarios Cortex sensorial-motor Acto voluntario: Vía aferente Tracto ascendente a cortex sensorial Tracto descendente desde cortex motor Vía eferente

Evolución del sistema nervioso (I) Tendencias Incremento número neuronas Concentración pericariones en ganglios Concentración axones en nervios Incremento número interneuronas Acumulación neuronas en SNC Establecimiento jerarquía ligado a tendencia a cefalización (ganglio cerebroide  ganglio cerebral  cerebroide  encéfalo)

Evolución del sistema nervioso (II) Invertebrados de simetría bilateral: disposición ventral Vertebrados: disposición dorsal ******************** Cnidarios: Plexo nervioso sin jerarquía Platelmintos: Ganglios cerebroides Dos cordones nerviosos paralelos Anélidos: Ganglio cerebral Disposición escaleriforme Artrópodos: Ganglio cerebral (cerebroode o pseudocerebro) Moluscos: Ganglios cerebrales Torsión en doble cordón nervioso en Gasterópodos Ganglio cerebral muy desarrollado en Cefalópodos

Evolución del sistema nervioso (III) Anélidos Crustáceos Moluscos gasterópodos

Incremento volumen de Telencéfalo  Cisuras y circunvoluciones Evolución del sistema nervioso (IV) El sistema nervioso en Vertebrados. Tendencias l Incremento volumen de Telencéfalo  Cisuras y circunvoluciones Cerebro = Telencéfalo Diencéfalo Mesencéfalo Desaparición de función optica en lóbulos ópticos Incremento de volumen de Metencéfalo (cerebelo)

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso central (I) Encéfalo Prosencéfalo Telencéfalo Hemisferios cerebrales Cisura interhemisférica Cuerpo calloso Diencéfalo Epitálamo Tálamo Hipotálamo Mesencéfalo Lóbulos ópticos (no en mamíferos) Rombencéfalo Metencéfalo Cerebelo Mielencéfalo Puente de Varolio Bulbo raquídeo BBC Science & Nature - Human Brain

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso central (II) Cara interna de hemisferio izquierdo Cara externa de hemisf. izquierdo

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso central (III) Médula espinal Meninges (con líquido cefalorraquídeo) Duramadre (exterior) Aracnoides Piamadre (interior) Sustancia gris (interior; astas) Sustancia blanca (exterior) Canal ependimario (continuación del tubo neural) (con líquido cefalorraquídeo)

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso periférico (I)

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso periférico (II) DORSAL SN Somático Nervios con una sola fibra motora (axones muy largos) Nervios raquídeos (= espinales) Raíz dorsal (sensitiva) (no incluida en SN Somático) Con ganglio espinal Raíz ventral (motora) Sin ganglio espinal Nervios craneales VENTRAL

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso periférico (III) SN Autónomo Nervios con fibras motoras que salen de los nervios raquíd. SNA Simpático Antagonista del SNAP Cadena ganglionar cercana a médula espinal Neurona preganglionar corta Neurona postganglionar larga SNA Parasimpático Antagonista del SNAS Cadena ganglionar cercana a órganos efectores Neurona preganglionar larga Neurona postganglionar corta DORSAL VENTRAL Ganglio raquídeo

El sistema nervioso en Vertebrados El sistema nervioso periférico (IV)

Coordinación hormonal (I) Las hormonas Naturaleza química Proteínas Esteroides (lípidos) Derivados de ácidos grasos Derivados de aminoácidos Lugar de secreción Glándulas endocrinas (islotes de Langerhans, ovario, etc.) Neuronas (neurohipófisis) Lugar de actuación Célula diana con receptores específicos en membrana o en citoplasma

Coordinación hormonal (II) Las hormonas (cont.) Efectos Antagónicos Regulación glucemia Insulina (céls. ß de IL): Contra hiperglucemia Glucagón (céls. α de IL): Contra hipoglucemia Sinérgicos Secrección láctea mamíferos Estrógeno (cés. foliculares) + progesterona (céls. foliculares) + prolactina (adenohipófisis) + oxitocina (neurohipófisis)

Coordinación hormonal (III) Regulación de la secreción hormonal Retroalimentación o feed-back Control del eje hipotálamo-hipófisis

Coordinación hormonal (IV) TRF Feed-back

Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados Recordemos los dos tipos básicos de desarrollo en los insectos En el saltamontes la cría que sale del huevo (ninfa) tiene mucho parecido al insecto adulto (imago): metamorfosis sencilla (huevo  ninfa  imago) Para alcanzar estos estados de desarrollo, el insecto inmaduro ha de sufrir sucesivas mudas de su exoesqueleto En otros insectos se atraviesan diversos estadios con importantes cambios morfológicos: metamorfosis compleja (huevo  larva  pupa  imago) Los estados larvarios (orugas) pueden ser varios y cada nuevo estado requiere un nuevo exoesqueleto (muda)

Ubicación de las glándulas protorácicas Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados La ubicación del protórax y de las glándulas protorácicas Hay que tener en cuenta que cuando un insecto alcanza el estado adulto, las glándulas protorácicas se atrofian Metatórax Protórax Mesotórax Ubicación de las glándulas protorácicas

Hormonas en invertebrados

Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados La regulación hormonal de la metamorfosis y la muda en insectos Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados Vista dorsal insecto inmaduro Regulan la actividad de los cuerpos alados, estimulando en ellos la producción de hormona juvenil (HJ) durante la vida larvaria, inhibiendo su producción durante el tránsito pupa a adulto y reactivando su actividad una vez formado el imago, para convertirlo en sexualmente maduro Células neurosecretoras del cerebro Cabeza Ganglios cerebroides Producen hormona cerebral o protorácicotropa (PTTH) (peptídica) por estímulo de las células neurosecretoras Cuerpos cardíacos Cuerpos alados Producen HJ durante toda la vida larvaria (oruga o ninfa), antes de cada muda y en concentraciones decrecientes con el tiempo. En el último estado larval se atrofian y dejan de producir HJ Tórax (protórax) Vaso sanguíneo dorsal Producen ecdisona (esteroide parecido a la testosterona) al ser estimuladas por la PTTH y cuando disminuye la secreción de HJ por los cuerpos alados Glándulas protorácicas Vista frontal larva La ecdisona (hormona de la muda) estimula la síntesis de quitina y proteínas en las células epidérmicas y las reacciones que conducen a la muda Cuerpos alados Ganglios cerebroides Cuando un insecto alcanza el estado adulto (imago), las glándulas protorácicas se atrofian y no hay más mudas

1 estimula a los cuerpos cardíacos, que responden liberando PTTH (2) Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados La muda en ninfas o larvas La PTTH (2) estimula a las glándulas protorácicas, que responden liberando ecdisona (3) Cada nueva fase requiere un nuevo exoesqueleto La ecdisona (3) induce la formación de un nuevo exoesqueleto y cuando esta fase termina, la concentración de ecdisona en la hemolinfa cae (4) 2 Esto produce que las células neurosecretoras de los ganglios ventrales secreten hormona de la eclosión (5), que induce el desprendimiento del viejo exoesqueleto 3 Concentración de hormonas en sangre o hemolinfa 5 6 4 1 Tiempo Por último, las mismas células neurosecretoras estimulan a otros ganglios ventrales, que secretan otra hormona (6) que produce el endurecimiento del exoesqueleto recién formado Cuando un insecto inmaduro ha crecido suficientemente para necesitar un nuevo exoesqueleto, determinados mecanorreceptores activan a las células neurosecretoras del cerebro. La respuesta de estas neuronas es producir una determinada hormona (1)

Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados Si concentración de HJ es alta, la ecdisona logra que tengan lugar las mudas de larva a larva Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados Durante la vida larvaria la HJ inhibe la aparición de caracteres de adulto (alas, genitales, etc.) PTTH y ecdisona desencadenan estas mudas de larva a larva, la pupación y la metamorfosis de pupa a imago Reimplantados los cuerpos alados de una larva en su estado final de desarrollo, se produce otra muda larvaria más Si se extirpan los cuerpos alados, disminuye la secreción de HJ y la ecdisona desencadena la pupación Reimplantados los cuerpos alados en cualquier zona de la larva, la pupación tiene lugar A concentración cero de HJ la ecdisona desencadena la metamorfosis pupaimago En el adulto o imago la HJ produce madurez sexual

Coordinación hormonal Hormonas de Invertebrados Los cuerpos alados se atrofian durante el último estado larvario o ninfal y cesan su producción de HJ. Esto desencadena la producción de estructuras de adulto, con lo que sobreviene la transformación en un adulto o la formación de la pupa. Poco antes de la madurez sexual, las células neurosecretoras liberan una hormona que reactiva a los cuerpos alados, renovándose la producción por estos de HJ Durante la vida larvaria la HJ inhibe la aparición de caracteres de adulto (alas, genitales, etc.) En hembras adultas esta HJ estimula la producción de vitelo para el ovocito y en machos adultos estimula la producción de proteínas para el fluido seminal y para la cubierta del espermatóforo A concentración cero de HJ la ecdisona desencadena la metamorfosis pupaimago En ausencia de suficiente HJ los insectos adultos permanecen estériles