Unidad 4 Objetivo de la unidad

Unidad 4 Objetivo de la unidad • Conocer los procesos por medio de los cuales el ser humano y otros animales asimilan la energía necesaria para la ...
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Unidad 4

Objetivo de la unidad • Conocer los procesos por medio de los cuales el ser humano y otros

animales asimilan la energía necesaria para la vida, así como identificar la forma en que las funciones de los órganos y aparatos representan características adaptativas que han aparecido como resultado del proceso evolutivo de este grupo.

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Procesos en los animales

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Los animales pertenecen

a un reino que agrupa a organismos multicelulares, con células eucariotas que forman tejidos, órganos y sistemas. Su nutrición es heterótrofa, es decir, no producen sus alimentos, sino que consumen sus nutrientes ya elaborados, tomando energía del exterior. Las plantas, por su parte, obtienen energía directamente del sol o de reacciones químicas, mediante la fotosíntesis y procesos quimiosintéticos. Los animales obtienen su energía de los alimentos, lo cual, les permite desarrollar y crecer, realizando procesos como digestión, respiración, excreción y el mantenimiento de condiciones adecuadas para el funcionamiento celular.

Conceptos clave digestión respiración y ventilación sangre homeostasis neurona hormona transmisión de los impulsos nerviosos testículo ovario

Contenido de la unidad 4.1 Sistemadigestivo 4.2 Sistemarespiratorio 4.3 Sistemacirculatorio 4.4 Sistemaexcretor 4.5 Sistemaendocrino 4.6 Sistemanervioso 4.7 Reproducciónydesarrollo

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Unidad 4 Procesos en los animales

Evaluación diagnóstica de la unidad 4 1.  ¿Cuáles son los principales órganos que forman el sistema digestivo humano?

2.  ¿Por qué tipos de sistemas se transportan los gases de la respiración de los animales?

3.  ¿Cómo está constituida la sangre y cuáles son sus funciones fundamentales?

4.  ¿Qué sistemas de órganos del hombre se coordinan para mantener un equilibrio interno y condiciones óptimas para la vida de las células del cuerpo?

5.  ¿Cuáles son los órganos fundamentales del sistema nervioso central del hombre?

6. ¿Qué diferencias existen entre la espermatogénesis y la ovogénesis en la especie humana?

7. ¿Qué entiendes por desarrollo embrionario?

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Tema 4.1 Sistema digestivo

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4.1 Sistema digestivo Órganos y sus funciones Los animales consumen una dieta muy variada; los hay herbívoros (consumen plantas), carnívoros (consumen carne de otros animales) y omnívoros (consumen plantas y animales). El tipo de dieta implica una serie de adaptaciones que les facilitan la ingestión de los alimentos, ya sea que se trate de filtrar el agua para extraer partículas alimenticias que se encuentran en suspensión en el agua del ambiente (por ejemplo, los ostiones), alimentarse del sustrato en el que viven (como la lombriz de tierra que al desplazarse ingiere la tierra con partículas alimenticias, por lo que forma un camino o canal), succionar de otros organismos fluidos ricos en nutrientes (como los moscos o los pulgones de las plantas) o ingerir su alimento en masa con bocados grandes de comida ayudándose con pinzas, dientes, garras, etcétera, para fragmentar esos trozos grandes. En general, los animales procesan los alimentos en cuatro etapas: la ingestión, que es el acto de comer o introducir el alimento al sistema; la digestión, que se divide en dos partes, una mecánica, en la que se reduce el alimento a fragmentos pequeños, y otra química, que consiste en desdoblar o romper las moléculas complejas (como las proteínas, los lípidos y carbohidratos de elevado peso molecular) en moléculas simples y lo suficientemente pequeñas para atravesar las membranas de las células que van a nutrir; la absorción, que es el paso de las moléculas simples a través de las paredes del tracto digestivo para incorporarse al torrente circulatorio que las llevará a las células del cuerpo, y la eliminación, para expulsar el material que no fue digerido. Estas etapas en el procesamiento de los alimentos se realizan en espacios adecuados para que las enzimas digestivas (proteínas que realizan la digestión química) actúen de manera eficiente sobre el alimento sin afectar los tejidos del cuerpo. Esos espacios especializados se encuentran en forma de vacuolas digestivas (por ejemplo, en los organismos unicelulares), cavidades gastrovasculares (como en los cnidarios) o verdaderos sistemas digestivos. El sistema digestivo aparece desde los platelmintos como un canal cerrado con una sola abertura, o boca, y es a partir de los nematodos que se presenta como un tubo o canal abierto en sus dos extremos, una abertura anterior, o boca, y una abertura posterior, o ano. Con el proceso evolutivo, ese canal ha presentado modificaciones como la formación de espacios donde se acumula y procesa temporalmente el alimento. Así, de la boca se continúa la faringe y el esófago. Luego, según la especie, del esófago el alimento pasa ya sea a un buche, a una molleja o al estómago. Por ejemplo, los insectos y las aves tienen los tres órganos. El buche y la molleja son órganos para la digestión mecánica, donde se fragmenta y suaviza el alimento, en tanto que en el estómago sucede la digestión química. Del estómago, el alimento digerido pasa al intestino, donde se finaliza su digestión

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Concepto clave La digestión es el proceso que sufren los alimentos para que las células del organismo puedan asimilarlos. Se trata de un proceso mecánico y posteriormente químico, por medio del cual se reduce el alimento a moléculas pequeñas. La digestión química se realiza por la acción de enzimas, que en el caso de los animales se producen en los órganos del sistema digestivo.

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Cavidad oral

Lengua Boca

química y se absorbe. El alimento que no fue digerido se elimina por el ano. En seguida explicaremos el sisteGlándulas salivares ma digestivo que, como ya se mencionó, se abordará sólo para el caso Faringe de los animales, especialmente de los mamíferos, en particular, del ser humano. Esófago

Hígado Estómago Vesícula biliar Páncreas

Intestino grueso

Apéndice

Figura 4.1 Anatomía del sistema digestivo humano.

Sistema digestivo humano En el ser humano, el sistema digestivo está formado por la boca, la faringe, el esófago, el estómago, el intestino delgado, el intestino grueso, el recto y el ano. A este tubo digestivo se asocian glándulas digestivas: las salivales, el hígado y el páncreas (figura 4.1).

Intestino Delgado

Boca La boca es el orificio anterior del sistema que se abre en la cavidad oral; en ella comienza el proceso Recto de digestión, cuya etapa mecánica implica Ano la masticación, en la que los dientes cortan, trituran y muelen los fragmentos grandes de alimento, los cuales son humedecidos con la saliva y movidos por la lengua para constituir una masa llamada bolo alimenticio. La saliva producida por las glándulas salivales contiene diversas sustancias que participan en el proceso: una glucoproteína que protege la mucosa de la cavidad y lubrica el alimento para facilitar la deglución; amortiguadores que neutralizan la acidez de ciertos alimentos y protegen los dientes; antibacterianos que contrarrestan posibles infecciones, y enzimas para empezar la digestión química de carbohidratos como el almidón. Formado el bolo alimenticio, pasará a la faringe y luego al esófago mediante los movimientos de deglución. Faringe En la faringe se abren tanto el conducto esofágico como la tráquea del sistema respiratorio. El esófago se mantiene cerrado por acción de un esfínter para que el aire inhalado pase a la tráquea; sólo se abre en el momento de la deglución para dejar pasar el alimento a su interior. En ese momento, el conducto traqueal se cierra (se mueve la laringe hacia arriba y la epiglotis hacia abajo) para evitar que el alimento pase a la tráquea. Una vez que el alimento ha pasado al esófago, la laringe se mueve hacia abajo y la epiglotis hacia arriba, con lo que se cierra el esfínter del esófago. Externamente, este movimiento se observa por el desplazamiento de una protuberancia de la laringe conocida como manzana de Adán (figura 4.2).

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Tema 4.1 Sistema digestivo

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Bolo alimenticio

Figura 4.2 Movimientos de deglución del bolo alimenticio. a) La faringe permanece abierta hacia la tráquea para el paso del aire en la ventilación; la epiglotis se mantiene arriba y el esfínter del esófago cerrado. b) La epiglotis baja para cerrar así el conducto traqueal y el esfínter del esófago abre el conducto para dejar pasar el bolo alimenticio. c) La epiglotis sube y al abrirse la tráquea el esfínter del esófago se cierra para evitar que el bolo regrese.

Lengua Esófago Epiglotis

Tráquea

Esfínter

a)

b)

c)

Esófago Es un tubo formado por una capa de músculos circulares y otra más externa de músculos longitudinales; ambos músculos son lisos y de movimiento involuntario. Al pasar el alimento al esófago, los músculos se estimulan y contraen, con lo que propagan su movimiento en forma de onda, el cual se conoce como movimiento peristáltico; la contracción de los músculos circulares constriñe el tubo y la de los longitudinales lo acorta, de manera que ambos movimientos empujan el alimento hacia el estómago (figura 4.3). Estómago Es una parte ensanchada del tubo digestivo, que tiene la cualidad de ser muy elástica; en ella se almacena y digiere el alimento por varias horas. En el recubrimiento interno Músculos del estómago, que se encuentra sumacirculares mente plegado, se abren los conductos de glándulas gástricas que secretan el Músculos jugo gástrico. longitudinales Esas glándulas presentan tres tipos de células, cada una de las cuales produce determinado componente del Bolo alimenticio jugo gástrico: las de la mucosa, que secretan moco para lubricar y proteger el delicado epitelio interno; las parietales, que secretan ácido clorhídrico (HCl), y las principales, que secretan pepsinógeno, la forma inactiva de la enzima pepsina que desdobla las proteínas a moléculas de polipéptidos muy pequeños (figura 4.4).

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Figura 4.3 Esófago. En la parte superior del esquema se observa el corte transversal para distinguir la capa de músculos circulares y longitudinales. En la parte inferior se tiene un corte longitudinal cercano al estómago. Las flechas azules indican la contracción de los músculos circulares y las flechas rojas la de los longitudinales; estos movimientos, llamados peristálticos, empujan el bolo alimenticio hacia el estómago.

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Estómago

Epitelio del estómago

Glándula gástrica

Figura 4.4 Estructura del estómago. Se observa en detalle un segmento del epitelio de la pared del estómago con las glándulas gástricas, las cuales tienen tres tipos de células: las mucosas, que secretan moco; las parietales, que secretan ácido clorhídrico, y las principales, que secretan pepsinógeno. Las tres secreciones constituyen el jugo gástrico, el cual sirve para continuar la digestión química que empezó la saliva en la boca.

  Tanto el pepsinógeno como el HCl son sustancias que lesionan y corroen constantemente el epitelio del estóCélulas parietales mago, de manera que las células deben reproducirse de forma activa para sustituir ese tejido. Una forCélulas principales ma de protegerlo es mediante un control hormonal. Las células de la pared del estómago secretan una hormona llamada gastrina que entra en el torrente circulatorio y regresa al estómago para regular la producción de jugo Células gástrico. mucosas El proceso de control funciona como sigue: el alimento que llega al estómago estimula la producción de gastrina que circula en la sangre, la cual, al volver al estómago, estimula una nueva secreción de jugo. Cuando el contenido del estómago se vuelve muy ácido se inhibe la producción de gastrina, y al bajar la concentración de ésta en la sangre las células de las glándulas gástricas dejan de producir jugo gástrico. En el momento que se realiza la digestión gástrica el estómago permanece cerrado, pues el esófago se mantiene constreñido en su unión con él y de esta forma impide que el alimento regrese. En la unión del estómago con el intestino se halla el esfínter pilórico, que sólo se abre cuando se ha formado el quimo ácido (el alimento parcialmente digerido y con la consistencia de un líquido muy espeso). Intestino delgado, hígado y páncreas  El intestino delgado es un conducto de aproximadamente seis metros de largo con un diámetro de unos 2.5 cm. El duodeno es la parte del intestino que continúa del estómago y mide alrededor de 25 cm; en este segmento se reciben el jugo pancreático y la bilis. El jugo pancreático contiene enzimas y una sustancia alcalina que baja la acidez del quimo; la bilis –producida por el hígado y almacenada en la vesícula biliar– no contiene enzimas digestivas pero emulsiona las grasas de tal forma que las reduce a pequeñas gotas que resultan más fáciles de atacar por las enzimas. La digestión se completa en este segmento del intestino por acción de las enzimas digestivas producidas tanto por las paredes intestinales como por el páncreas, con la ayuda adicional de los emulsificantes de la bilis. Los carbohidratos son desdoblados a disacáridos por la amilasa pancreática, y éstos a monosacáridos por las enzimas maltasa, sacarasa y lactasa; las proteínas se desdoblan en polipéptidos pequeños por la tripsina y la quimotripsina, y éstos se rompen en sus aminoácidos por acción de aminopeptidasas y carboxipeptidasas, mientras que los lípidos primero son emulsificados por las sales biliares para después ser reducidos a glicerol y ácidos grasos por las enzimas lipasas. Los alimentos digeridos continúan su trayecto al resto del intestino delgado para ser absorbidos por las paredes intestinales.

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Tema 4.1 Sistema digestivo

La pared interna del intestino delgado se encuentra muy plegada y cuenta con una gran cantidad de vellosidades en el centro, en las cuales penetran vasos sanguíneos capilares y vasos linfáticos. A su vez, la superficie de absorción aumenta todavía más, ya que las células del epitelio presentan microvellosidades que absorben las sustancias simples a las que quedó reducido el alimento y las vierten en la sangre para ser distribuidas así a todos los tejidos del cuerpo (figura 4.5).

a)

b)

e)

Los animales herbívoros cuentan con un sistema digestivo diferente, cuya estructura les permite aprovechar la celulosa de los vegetales, la cual es difícil de digerir. Por ejemplo, los rumiantes (como las vacas y borregos) tienen un estómago con cuatro espacios. El alimento pasa al esófago y de ahí al primer espacio o rumen, y luego al retículo, donde el alimento se fragmenta y disgrega; después se regurgita para ser masticado nuevamente y pasar al tercer espacio, el omaso o libro, y de ahí a la cuarta cámara, el abomaso o cuajar, donde se completa la digestión para pasar al intestino (figura 4.6).

e) a)

b)

a) esófago y rumen

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d)

b) retículo c) inicio/remasticación e) abomaso o cuajar f ) intestino

c) d)

Intestino grueso Es un segmento del tubo digestivo que mide aproximadamente 1.5 m de largo, con un diámetro del doble del intestino delgado. Ambos intestinos se unen en una conexión en T; un brazo de la T queda como un conducto ciego con una pequeña expansión –el apéndice– que tiene una función inmunizadora. El resto del intestino grueso cumple la tarea de eliminar el alimento no digerido y, sobre todo, de reabsorber agua junto con vitaminas que producen algunas bacterias de la flora intestinal. Conforme se reabsorbe el agua el alimento se hace más sólido hasta constituir las heces que finalmente serán eliminadas del organismo.

f)

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c)

d) omaso o libro

Figura 4.5 Estructura del intestino delgado. a) Capa externa de tejido conjuntivo. b) Capa de músculos longitudinales. c) Capa de músculos circulares. d) Vasos sanguíneos que irrigan las paredes intestinales. e) Epitelio que recubre la luz del tubo. Se señalan las vellosidades de este epitelio, que se observan con más detalle a la derecha. En cada vellosidad penetran vasos sanguíneos. La superficie de absorción del epitelio se incrementa, ya que cada célula presenta microvellosidades, como se indica en el tercer esquema.

Figura 4.6 Tránsito del alimento en un rumiante. El punto rojo es el principio, donde el alimento es ingerido y masticado para pasar al esófago y al rumen a); de ahí se dirige al retículo b), de donde es regurgitado a la boca para una nueva masticación. Con la línea azul c) se marca el regreso del alimento remasticado hacia el omaso o libro d) y de ahí al abomaso o cuajar e), para finalmente pasar al intestino f) y ser reabsorbido.

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Lectura y análisis Con base en lo que acabas de leer sobre la digestión, contesta las siguientes preguntas. 1. En general, ¿cuáles son las etapas que implica el procesamiento de los alimentos?

8. ¿Qué importancia tiene la disposición de las capas musculares del esófago?

2. Menciona órganos y estructuras involucrados en la digestión mecánica de diferentes animales.

9. ¿Cuáles son los componentes del jugo gástrico y cuál es su función?

3. ¿Qué diferencia encuentras entre la digestión mecánica y la química? 4. ¿Qué son las enzimas digestivas y cuál es su función?

10. ¿Cuáles son las enzimas digestivas que actúan en el intestino delgado, dónde se producen y cuál es la función de cada una?

5. Elabora un esquema del sistema digestivo del ser humano y señala cada uno de los órganos que forman parte de él.

11. ¿Qué estructura presenta el epitelio del intestino delgado que favorece la absorción de los alimentos digeridos?

6. ¿Qué parte del procesamiento de los alimentos se realiza en la boca y qué estructuras y sustancias participan en dicho proceso?

12. ¿Qué función realiza el intestino grueso?

7. Menciona un problema que suele surgir al momento de la deglución y explica cómo ocurre.

13. ¿Cuáles son las adaptaciones en el sistema digestivo de los rumiantes que les permiten procesar alimentos ricos en celulosa?

Anorexia y bulimia La anorexia y la bulimia son enfermedades incluidas en el grupo de trastornos del comer, y recientemente han cobrado gran importancia por afectar a los adolescentes y jóvenes, en especial a las mujeres. Una persona que padece anorexia nerviosa manifiesta una conducta negativa, que consiste en una obsesión por mantener su masa corporal en el nivel mínimo esperado, lo que le lleva a presentar un peso 85% menor del que debiera tener. Además, padece un temor intenso a subir de peso, se estima gorda pese a que su peso está por debajo del normal, lo cual no considera algo grave. Las mujeres anoréxicas presentan amenorrea, es decir, su ciclo menstrual está alterado, ya que no tienen tres periodos continuos. La anorexia se presenta de dos formas: 1) restrictiva, cuando la persona se somete a dietas excesivas, y 2) bulímica, cuando el individuo alterna ciclos en que come demasiado y luego se provoca vómito o utiliza diuréticos y laxantes. El individuo que padece bulimia nerviosa come de manera abundante (más de lo que normalmente consume una persona) en periodos cortos, pues se siente incapaz de controlar qué y cuánto come. Para compensar el sentimiento negativo que ello le suscita, se induce el vómito y utiliza laxantes y diuréticos, además de que ayuna y realiza demasiado ejercicio. Estos periodos se presentan por lo menos dos veces a la semana durante tres meses. La anorexia y la bulimia tienen orígenes multifactoriales; en general, se conjugan problemas personales, familiares y socioculturales. Por ejemplo,

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Tema 4.1 Sistema digestivo

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llegan a padecerlas algunos adolescentes con dificultades para manejar los cambios corporales y de maduración propios de la edad y que, además, poseen baja autoestima; también suelen influir los problemas familiares, como la falta de comunicación y de límites claros para actuar, lo mismo que las expectativas muy altas de los padres respecto a los hijos e incluso el abuso sexual y el maltrato físico, todo ello bajo la influencia de una sociedad que establece modelos estéticos difíciles de alcanzar. Estos trastornos en la conducta alimenticia producen repercusiones graves en la salud física. Por citar un caso, el vómito inducido provoca por su acidez un deterioro del recubrimiento epitelial de la boca y el esófago hasta causar ulceraciones y destrucción del esmalte de los dientes; el uso de laxantes y diuréticos promueve la eliminación excesiva de agua y electrólitos como el sodio y el potasio, lo cual propicia un desequilibrio en la regulación de diversos procesos; las dietas llevadas al extremo ocasionan desnutrición e inanición, que ponen en riesgo la vida. El tratamiento para estos padecimientos debe ser integral. Lo mejor es que un grupo de especialistas atiendan al individuo no sólo respecto a los problemas físicos, sino también en el aspecto psicológico y familiar.

Práctica de laboratorio Acción de la amilasa de la saliva Elalmidónesunpolisacáridoqueseencuentraendiversosalimentoscomolaspapas,losplátanos ylasharinas.Unamoléculadealmidónestáconstituidaporcientosdemoléculasdelmonosacáridoglucosa. Ladigestiónquímicadelosalmidonesempiezaenlaboca. Objetivo Demostrarlaaccióndelaamilasasalivalsobrelosalmidones. Material •Tubosdeensayo •Solucióndealmidóna5% •Solucióndeglucosaa1% •ReactivodeLugol •ReactivodeBenedict •Cristalizador

•Pipetas •MecheroBunsen •Agua •Termómetro •Parrillaeléctrica

Desarrollo 1. Realizapruebasdeidentificacióndealmidónyglucosa.Sesugierellenardostubosdeensayoquesirvancomopatrón decolorparatodoelgrupo.Eneltubo1viertecincomililitrosdelasolucióndealmidónyagregadosgotasdereactivodeLugol;estoserviráparaidentificarporelcoloralalmidón.Eneltubo2viertecincomililitrosdelasoluciónde glucosayagregaunmililitrodereactivodeBenedict;luegocalientaeltuboenelmechero.Seobservaráuncambio decoloración,conelqueidentificaráslaglucosa. 2. Formaunequipo,lomismoquetusdemáscompañeros.Calientaaguaenuncristalizadorymanténlaa40°C;aparte, enotrocristalizador,ponaguaatemperaturaambiente.

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3.  Prepara cuatro tubos de ensayo con la siguiente mezcla: cinco mililitros de la solución de almidón y la misma cantidad de saliva. 4.  Sumerge dos tubos en el cristalizador con agua a temperatura ambiente y los otros dos en el agua caliente. 5.  Luego de 15 minutos, saca un tubo de cada cristalizador para hacer pruebas con Lugol y Benedict y comparar con los tubos patrón. Los tubos restantes se quedarán otros 15 minutos más, tras lo cual debes sacarlos del agua, identificarlos con Lugol y Benedict y compararlos con los tubos patrón. Análisis 1.  ¿Qué colores identifican el almidón y la glucosa con los reactivos utilizados? 2.  ¿Qué diferencias de coloración respecto de los tubos patrón se obtuvieron en los cuatro tubos con saliva? 3.  De acuerdo con las coloraciones obtenidas en los cuatro tubos, ¿cuál crees que sea la acción de la amilasa de la saliva? 4.  Según las coloraciones obtenidas en los cuatro tubos, menciona cuál es el efecto de la temperatura en la acción enzimática.

4.2 Sistema respiratorio Concepto clave La respiración es un proceso de transformación de la energía de los alimentos en energía aprovechable contenida en moléculas de atp. Ese proceso se realiza en cada célula del organismo. La respiración es diferente de la ventilación, que es el proceso por medio del cual los gases de la respiración (oxígeno y bióxido de carbono) se ponen en contacto con una superficie respiratoria para difundirse por sus membranas, el oxígeno hacia el interior del organismo y el bióxido de carbono hacia el exterior.

Respiración celular y ventilación La respiración es un proceso metabólico que tiene lugar en el nivel celular, por medio de ella las células obtienen la energía contenida en los alimentos, la cual queda acumulada como energía metabólica o utilizable en moléculas de atp. La mayor parte de los organismos son aerobios, es decir, realizan el proceso respiratorio usando oxígeno como el último aceptor en las cadenas de oxidorreducción de las moléculas de alimento, fundamentalmente carbohidratos. Los organismos multicelulares, en particular los animales más complejos, presentan sistemas para el intercambio de gases de la respiración; es decir, el oxígeno que se consume en la respiración de las células ha de llegar desde el agua o el aire del ambiente a todas las células del cuerpo, por más internas que estén. Asimismo, el sistema ha de recoger el bióxido de carbono producido en la respiración de las células del cuerpo y transportarlo al exterior. Se llama ventilación al proceso que mediante diferentes mecanismos pone en contacto los gases de la respiración con las superficies respiratorias, para distinguirlo de la respiración que se realiza en el nivel celular. Los gases de la respiración (oxígeno que entra en el cuerpo de los animales y bióxido de carbono que sale de él) se difunden a través de las membranas celulares de lo que se conoce como superficie respiratoria, la cual debe permanecer húmeda; ésta es la razón por la que los gases estén disueltos en agua.

Función de los órganos del sistema respiratorio En algunos organismos pequeños y de cuerpos delgados, como los platelmintos o anélidos (digamos, la lombriz de tierra), el intercambio gaseoso se realiza por las paredes del cuerpo. Esta superficie respiratoria debe ser muy extensa para que logre absorber la cantidad de oxígeno que requieren todas las células del cuerpo. En los anfibios (las ranas, por ejemplo), la respiración

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Tema 4.2 Sistema respiratorio

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cutánea o por medio de la piel complementa la cantidad de oxígeno que obtienen por el sistema pulmonar. Muchos animales han desarrollado partes del cuerpo como superficies respiratorias, ya que la piel no es lo suficientemente extensa y, por añadidura, no es húmeda o presenta escamas, plumas, pelo o placas, además de células muertas. Así, los organismos acuáticos (como los peces) han desarrollado branquias; los terrestres (como muchos artrópodos) poseen tráqueas y los anfibios, aves, reptiles y mamíferos, pulmones. Branquias Son expansiones del cuerpo que se encuentran muy irrigadas por vasos sanguíneos. Sus paredes son muy delgadas y el oxígeno disuelto en el agua se difunde en la sangre, mientras que el bióxido de carbono se expele en sentido contrario. Los peces introducen el agua con oxígeno por la boca y al mismo tiempo que cierran ésta para bombear el agua hacia las branquias, se cierran los opérculos que las cubren, de manera que el agua permanece bañando las branquias. Luego el agua se expele pobre en oxígeno y con el bióxido de carbono producto de la respiración. Algo que hace que la captación de oxígeno sea más eficiente es que la dirección de la corriente de agua es contraria a la de la sangre; así se crea un gradiente de difusión que garantiza la máxima captación (figura 4.7). Tráquea El sistema traqueal es propio de los insectos. Consiste en una serie de pequeños túbulos muy ramificados en el interior del cuerpo, los cuales llevan el aire con oxígeno directamente a cada célula; también incluye sacos de aire que, al contraerse, expulsan el aire, en tanto que al relajarse lo inhalan. El sistema traqueal es muy eficiente, ya que el insecto –al no contar con un sistema circulatorio– recibe directamente el oxígeno en cada célula, con lo que no gasta energía en el transporte; sin embargo, padece el problema de que le es necesario mantener la superficie respiratoria húmeda. Esto se resuelve por el hecho de que la terminación de las ramificaciones más delgadas de las tráqueas, llamadas traqueolos, son cerradas y contienen un fluido que facilita la difusión de los gases (figura 4.8).

Célula corporal

45% 20% 90%

65% 35% 10%

Figura 4.7 Posición anatómica de las branquias de un pez. El agua con oxígeno penetra por la boca y es enviada a las branquias, constituidas por arcos y filamentos sumamente irrigados de sangre. El paso del oxígeno del agua a la sangre es muy eficiente debido a que ambas corren en dirección opuesta, y como siempre hay más oxígeno en el agua que en la sangre, se genera un gradiente de difusión.

Saco de aire

Conducto traqueal

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75%

Figura 4.8 Sistema traqueal de un insecto. El aire con oxígeno penetra por pequeños orificios laterales del cuerpo, los cuales conducen a canales y sacos aéreos que llevan el oxígeno directamente a las células, como se observa en el esquema de la derecha.

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Faringe

Laringe

Tráquea

Pulmón

Bronquio

Alvéolo

Bronquíolo

Alvéolo

Figura 4.9 Estructura anatómica del sistema pulmonar. A la derecha se presenta un esquema en detalle de los alvéolos y la red de vasos que los rodean, donde se realiza el intercambio gaseoso.

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Pulmones El sistema pulmonar es propio de anfibios, reptiles, aves y mamíferos. En seguida, a manera de ejemplo, analizaremos la estructura y función del sistema pulmonar del ser humano. Los pulmones son dos órganos en forma de saco que se alojan en la cavidad torácica, la cual está delimitada en su parte inferior por el diafragma, un músculo potente que participa en los movimientos de inhalación y exhalación. El aire penetra en el sistema por las fosas nasales, lugar donde se calienta, limpia y humedece gracias a la presencia de una secreción mucosa y de vellos (que retienen impurezas), así como a su circulación a lo largo de un laberinto de espacios de la cavidad nasal. De aquí, el aire pasa a la faringe y luego a la laringe o caja vocal. De la laringe, el aire pasa a la tráquea, un conducto formado de anillos cartilaginosos que, sin afectar la flexibilidad del conducto, impiden que éste se colapse con los movimientos respiratorios. La tráquea se divide en dos ramas, llamadas bronquios, los cuaBronquíolo les penetran en los pulmones, donde se ramifican ampliamente en conductos cada vez más delgados denominados bronquíolos. Éstos terminan en pequeños sacos de aire llamados alvéolos, que se agrupan en racimos y quedan rodeados por gran cantidad de capilares sanguíneos (figura 4.9). Alvéolo Tanto las paredes de los alvéolos como las de los vasos son del grueso de una capa de células, y es a través de ellas que se lleva a cabo el intercambio gaseoso: el oxígeno pasa del alvéolo a la sangre, donde se combina con la hemoglobina de los glóbulos rojos, y el bióxido Red de vasos capilares de carbono sale de la sangre hacia los alvéolos para ser expulsado por las fosas nasales. La entrada y salida de aire del sistema se lleva a cabo por movimientos de inhalación y exhalación. Al inhalar, los pulmones se expanden y se llenan de aire gracias a la contracción del diafragma y los músculos de las costillas, lo que ocasiona que el primero baje y los otros se eleven. Cuando ambos se relajan, la cavidad torácica disminuye su capacidad impulsando el aire hacia afuera (exhalación). Estos movimientos de inhalación y exhalación están coordinados por la acción de centros de control de la respiración, los puentes y la médula oblonga, ubicados en el cerebro. Esos centros envían señales al diafragma y a los Red de vasos capilares músculos de las costillas para que se contraigan. El ritmo de los movimientos se acelera o se hace más lento según la concentración de bióxido de carbono en la sangre. Por ejemplo, cuando hacemos ejercicio vigoroso las células producen más bióxido de carbono y disminuye el pH de la sangre, lo que constituye una

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Tema 4.2 Sistema respiratorio

señal para que la médula propicie una respiración más rápida y profunda que elimine el exceso de bióxido de carbono hasta recuperar el nivel normal. El sistema pulmonar de las aves se diferencia del humano en que en este último el flujo de aire en los alvéolos va en dos sentidos, mientras que en las aves va en uno solo. Su sistema consta de pulmones y dos sacos de aire grandes, uno ubicado al frente de los pulmones y otro detrás. Al inhalar, se llenan los sacos de aire, el de atrás con aire con oxígeno y el de adelante con aire con bióxido de carbono. Al exhalar, los sacos se vacían de manera que el de atrás llena los pulmones con aire oxigenado y el de adelante expulsa el aire viciado. a) En el pulmón, en lugar de alvéolos, las aves presentan una serie de conductos paralelos muy finos por donde circula el aire en una sola dirección y el transporte a la sangre es muy eficiente, ya que esa dirección es contraria a la del aire en los túbulos (figura 4.10).

Daños al sistema respiratorio: tabaquismo y contaminación La contaminación del aire es un problema muy grave, sobre todo en las grandes ciudades sin planeación urbana, con zonas industriales y un número excesivo de automotores. Ciudades como la de México, Guadalajara, Monterrey y las que hacen frontera con Estados Unidos registran índices muy altos de contaminación del aire. Esto se debe en gran medida a la presencia de ozono (que se produce al contacto de los rayos solares con los combustibles quemados por los motores de automóviles y las fábricas) y de partículas suspendidas como polvo, ceniza, arena, humo y restos de metales. A los niveles altos de contaminación atmosférica se suma el problema de la adicción a la nicotina, o tabaquismo, que plantea serios daños porque aumenta la incidencia de enfermedades del sistema respiratorio, las cuales no sólo tienen relevancia como problemas de salud pública, sino que implican un alto costo financiero en lo que se refiere a la atención médica de tipo social. Las partículas suspendidas en el aire llegan a ser tan pequeñas que penetran en los alvéolos y con ello impiden la difusión de los gases, problema que se torna crónico y es responsable de la elevación del índice de mortalidad. Esto ocurre con mayor frecuencia en individuos de las clases sociales bajas y afecta sobre todo a niños y ancianos, pues a este cuadro se asocia, en los niños, la desnutrición, y en los ancianos, otros padecimientos propios de la edad. Tanto la contaminación del aire como el tabaquismo causan bronquitis, edema pulmonar, enfisema y cáncer en las vías respiratorias altas y el pulmón. El humo del tabaco y los gases tóxicos en el aire paralizan los cilios de las células traqueales, lo que evita que la secreción de moco se desplace y

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121 Saco de aire anterior

Pulmones

Saco de aire posterior b) Figura 4.10 Estructura del sistema pulmonar de las aves. a) Circulación del aire en el movimiento de inhalación, con el que los sacos de aire se llenan, el de atrás con oxígeno y el de adelante con bióxido de carbono. b) Vaciado de los sacos de aire y llenado del pulmón en el movimiento de exhalación. El pulmón recibe el aire fresco del saco de adelante, en tanto que el de atrás elimina el aire viciado.

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Unidad 4 Procesos en los animales

elimine las partículas extrañas, de tal modo que éstas se acumulan en los conductos. Además de las partículas suspendidas, también quedan sin expulsar agentes bacterianos que al desarrollarse causan infecciones (por ejemplo, bronquitis crónica). El depósito de partículas en las paredes de los bronquíolos y los alvéolos hace que éstas se endurezcan, lo que supone una reducción en su elasticidad y, por lo tanto, que se vea limitada la capacidad de inhalación. Los vasos sanguíneos pulmonares se debilitan y se dañan al grado de dejar salir agua hacia los pulmones, con lo que se forman edemas. Por otra parte, la reducción del oxígeno en la sangre conlleva trastornos a los demás órganos del cuerpo, en especial al cerebro, y finalmente la muerte. Se ha registrado una relación entre la incidencia del cáncer pulmonar y el hábito de fumar; en el humo de cigarrillo se encuentran muchas sustancias con efectos cancerígenos.

Lectura y análisis Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema respiratorio, contesta las siguientes preguntas. 1. ¿Cuál es la diferencia entre respiración y ventilación? Explícala. 2. ¿En qué animales es posible el intercambio gaseoso a través de la piel? Menciona ejemplos. 3. ¿Cómo se realiza el transporte de oxígeno a las branquias de los peces? 4. ¿Qué es lo que hace eficiente el paso del oxígeno a la sangre en las branquias de los peces? 5. ¿Qué hace eficiente la difusión del oxígeno a las células en el sistema traqueal de los insectos?

6. Elabora un esquema del sistema respiratorio pulmonar en el hombre y señala sus órganos. 7. ¿Mediante qué mecanismos llega el aire a los pulmones libre de partículas y a una temperatura adecuada? 8. ¿Cuál es el proceso en el que se realiza el intercambio de gases entre los alvéolos pulmonares y la sangre? 9. ¿Cuáles son algunas de las consecuencias de la contaminación del aire y el tabaquismo en el funcionamiento del sistema respiratorio y qué enfermedades suelen desencadenar?

Práctica de laboratorio Producción de bióxido de carbono en la respiración en diferentes condiciones de actividad corporal Expulsamosbióxidodecarbonoporlasfosasnasalesencadamovimientodeexhalación,comoresultadodelarespiracióncelular.Estegassemideenmicromolas;unamolaeselpesomolecularexpresadoengramos.Porejemplo,si queremossaberelpesomoleculardelaguadebemosconsiderarqueéstaseconstituyededosátomosdehidrógenoy unodeoxígeno,yqueelpesoatómicodelhidrógenoes1yeldeloxígeno16;porlotanto,alsumarsuspesosatómicos obtendremos18;así,18gramosdeaguacorrespondenaunamoladeagua.

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Tema 4.3 Sistema circulatorio

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En el caso del bióxido de carbono (el peso atómico del carbono es 12), una mola serán 44 gramos de CO2, un volumen muy grande que nos resultaría difícil manejar, por lo que en esta práctica utilizaremos como unidad la micromola (millonésima parte de una mola). La forma de detectar el bióxido de carbono es al combinarlo con agua, ya que el producto de esta combinación es el ácido carbónico, el cual se pone en evidencia mediante un indicador de pH. En este caso el indicador será la fenoftaleína, que en una solución básica es de color rosa y en una solución ácida es transparente. Objetivo Calcular la producción de bióxido de carbono en diferentes condiciones de actividad. Material • Pipeta de 10 ml • Vaso de precipitados de 250 ml o frascos grandes • Solución de NaOH a 0.04%

• Solución de fenoftaleína • Un popote • Reloj

Desarrollo 1.  Llena un vaso de precipitados con 100 ml de agua de la llave. 2.  Agrega unas gotas de fenoftaleína y observa el cambio de coloración; en caso de no notarse ningún cambio porque el agua tenga un pH neutro, agrega unas gotas más hasta lograr el cambio (debe ser gota a gota para obtener un color rosa pálido que notarás si colocas el frasco sobre un papel blanco). 3.  Colabora para formar tres equipos con todo el grupo, los cuales realizarán lo siguiente durante cinco minutos: el equipo A se mantendrá en reposo, el B caminará y el C saltará. 4.  Después de estos cinco minutos cada alumno deberá burbujear con el popote bióxido de carbono dentro del agua durante un minuto (inhala sin el popote y exhala con el popote dentro del agua). 5.  Con la pipeta agrega lentamente solución de NaOH 0.04% hasta que aparezca de nuevo la coloración rosa pálido y anota la cantidad gastada. Esta cantidad, multiplicada por 10 equivale a las micromolas de bióxido de carbono producidas en un minuto de respiración. 6.  Elabora una relación de alumnos por cada equipo, que contenga su resultado de respiración para sacar el promedio de micromolas de bióxido de carbono producido en un minuto. Análisis 1.  Explica a qué se debe que al burbujear dentro del agua el indicador haya perdido su color. 2.  ¿Qué conclusión obtienes de las diferencias en los promedios alcanzados en cada equipo? 3.  ¿A qué pueden deberse las diferencias individuales en la producción de bióxido de carbono en cada equipo?

4.3 Sistema circulatorio Función de los componentes de la sangre

Concepto clave La sangre es un tejido constituido por una matriz líquida, el plasma, y células denominadas

La sangre es un tipo de tejido conjuntivo constituido por una matriz líquida, el plasma, y los elementos celulares suspendidos en ella.

glóbulos rojos, glóbulos blancos

Plasma  El plasma está constituido por 90% de agua y 10% de componentes propios, como diversas sales (sodio, potasio, calcio, magnesio, cloruros y bicarbonatos) y proteínas (albúmina, fibrinógeno e inmunoglobulinas), así

de transporte de sustancias

y plaquetas. Las funciones de este tejido son básicamente (nutrientes, desechos y gases de la respiración), defensa contra agentes extraños (células

 Recientemente ha habido modificaciones en la clasificación de los tejidos, de modo que hoy

se consideran, además del epitelial, el conjuntivo –donde siempre se ha incluido la sangre–, el muscular y el nervioso, otras tres categorías: el tejido linfohematopoyético (donde ahora se incluye a la sangre) y los tejidos gonocitario y graso.

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o sustancias), reparación de los vasos por donde circula y mantenimiento de un ambiente interno constante.

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Unidad 4 Procesos en los animales

como sustancias que transporta (nutrientes, gases de la respiración, hormonas y desechos metabólicos). El agua tiene como función ser el solvente por el cual se pueden transportar las diferentes sustancias; las sales minerales mantienen el equilibrio osmótico entre la sangre y el líquido intersticial que llena los espacios que hay entre las células, además de regular el pH de la sangre (los niveles de acidez y alcalinidad) para mantenerla ligeramente alcalina; las proteínas contribuyen junto con las sales minerales a su función, pero además el fibrinógeno participa en la coagulación y las inmunoglobulinas en la defensa del organismo ante la acción de agentes externos. Aproximadamente 55% de la sangre es plasma, mientras que el resto, 45%, está formado por los llamados elementos celulares: glóbulos rojos, blancos y plaquetas.

Figura 4.11 Glóbulos rojos en diferentes posiciones para observar su forma. Son células sin núcleo. Todo el volumen del glóbulo está ocupado por hemoglobina.

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Glóbulos rojos Se les llama también eritrocitos y su función consiste en transportar la mayor cantidad de oxígeno para la respiración. La estructura de estas células es un elemento clave en el desempeño de su función: son muy pequeñas, lo que amplía la superficie para la difusión del oxígeno; su forma es bicóncava, con el centro muy delgado y la periferia gruesa, y carecen de núcleo y mitocondrias –por lo menos en los mamíferos, entre los que se cuenta el hombre. El componente fundamental de los glóbulos rojos es una proteína denominada hemoglobina, la cual contiene hierro, un elemento con el que se combina el oxígeno para ser transportado. Los glóbulos rojos se producen en la médula ósea, de donde salen como células sin núcleo para circular por cerca de tres o cuatro meses, luego de lo cual se degeneran. Estos glóbulos se descomponen y procesan en el hígado; ahí su materia se utiliza para la producción de otras sustancias, en tanto que el hierro vuelve a la médula ósea para producir nuevos eritrocitos que sustituyen a los que se han degenerado. Se calcula que en el hombre circulan en la sangre cerca de 25 billones de glóbulos rojos, o sea, cinco o seis millones por mm3 de sangre. Este número se mantiene constante por medio de un mecanismo de regulación hormonal que se estimula cuando baja la cantidad de oxígeno que llega a los tejidos. Con esta señal el riñón produce una hormona, la eritropoyenina, que estimula a la médula ósea para producir más eritrocitos. Cuando se alcanza determinado nivel de oxígeno en los tejidos, el riñón recibe una señal para dejar de producir su hormona de manera que baje la producción de glóbulos rojos (figura 4.11). La baja de hemoglobina en la sangre es causa de una enfermedad llamada anemia, que se caracteriza porque la persona se debilita –pues sus célu-

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Tema 4.3 Sistema circulatorio

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las no reciben suficiente oxígeno– y se vuelve susceptible a infecciones. Las causas de la anemia son: pérdida de sangre (por ejemplo, hemorragias en úlceras y lesiones internas), deficiencia de hierro en la alimentación o cáncer en la médula de los huesos. Glóbulos blancos Llamados también leucocitos, son células grandes, nucleadas, que se producen en la médula ósea. Se clasifican en cinco grupos por la forma de sus núcleos y por cómo se tiñen con colorantes: basófilos, neutrófilos, monocitos, eosinófilos y linfocitos. La función primordial de los glóbulos blancos es la defensa o inmunidad del organismo frente a la acción de agentes externos, sustancias o microorganismos. Los basófilos liberan sustancias como la histamina, que dilata los vasos sanguíneos para permitir que neutrófilos y monocitos salgan de los vasos hacia el líquido intersticial de tejidos atacados por bacteBasófilo rias y otros agentes infecciosos; al entrar en contacto con ellos, los fagocitan, con lo que se reduce la infección. Por su parte, los eosinófilos fagocitan protozoarios y gusanos parásitos, en tanto que los linfocitos produEosinófilo cen anticuerpos, que son sustancias que anulan la acción de sustancias extrañas, o combaten virus y células cancerosas (figura 4.12). Plaquetas Son fragmentos de células grandes de la médula ósea que entran en la circulación sanguínea junto con los glóbulos. Sirven para la coagulación cuando un vaso sanguíneo es dañado. Cuando un vaso se rompe, inmediatamente las plaquetas se acumulan en la zona lesionada y producen una sustancia que hace que se adhieran otras plaquetas cercanas hasta formar un tapón que evita la pérdida de sangre. Si la lesión es mayor, se pone en juego otro mecanismo: el tapón de plaquetas y células dañadas se une a otros factores de coagulación como el calcio, lo cual activa la protrombina (proteína) para que se transforme en trombina, una enzima que hace que el fibrinógeno del plasma se convierta en fibrina. La fibrina está constituida por moléculas en forma de fibra que, al entrelazarse, construyen una red que detiene las células de la sangre de tal manera que se forma un coágulo que protege el vaso hasta que se restituye el tejido Fibrina dañado (figura 4.13). Plaquetas

Los órganos del sistema circulatorio. Descripción de la circulación El sistema circulatorio de los animales presenta diferente forma y complejidad de un individuo a otro. Su forma más simple se observa en las esponjas

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Linfocito

Monocito

Neutrófilo

Figura 4.12 Los diferentes tipos de glóbulos blancos se determinan por la forma en que se tiñen con los colorantes, la forma de su núcleo y su función.

Figura 4.13 Cuando un vaso sanguíneo se daña, unas plaquetas inducen a otras a adherirse hasta formar un tapón de plaquetas. Si el daño es mayor, este tapón, junto con las células dañadas se une a otros factores de coagulación. Así se produce protrombina, la cual se transforma en una enzima denominada trombina, que actúa sobre el fibrinógeno para convertirlo en fibrina, que son moléculas en forma de fibras que se entrelazan y construyen un coágulo que protege el vaso sanguíneo hasta que se repara el daño por medio del tejido conjuntivo.

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Unidad 4 Procesos en los animales

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y los celenterados, donde constituye una corriente de agua del ambiente con nutrientes y oxígeno, que las células del cuerpo obtienen por simple difusión. En los artrópodos aparece ya un sistema circulatorio abierto con un vaso importante, contráctil, llamado corazón, que se halla en posición dorsal e impulsa la sangre de atrás adelante hasta una laguna sanguínea que lleva la sangre hacia un vaso ventral, que conduce a una laguna posterior para luego entrar en el corazón, que vuelve a impulsarla. En los anélidos, moluscos, equinodermos y vertebrados el sistema circulatorio es cerrado; en estos últimos tiene ya un órgano central, el corazón, que presenta ya sean dos (en peces) o cuatro (en aves y mamíferos) cavidades y está formado por músculo estriado de una variedad especial, cuyas fibras se contraen simultáneamente para producir el latido e impulsar con fuerza la sangre a todo el cuerpo. La función del sistema circulatorio consiste en transportar nutrientes y desechos del metabolismo, oxígeno y bióxido de carbono (los gases de la respiración). Vena cava superior

Arteria pulmonar

Aurícula derecha Ventrículo derecho

Vena cava inferior

Figura 4.14 Esquema simplificado del sistema circulatorio humano. En azul, la sangre con bióxido de carbono que regresa al corazón por las venas cavas, y en rojo, la sangre con oxígeno que llega de los pulmones al corazón por las venas pulmonares, para después salir de éste por la arteria aorta y ser distribuida a todos los tejidos. Se indican cuatro redes de capilares, que representan los sitios donde se realiza el intercambio de gases, que en realidad sucede en los diversos tejidos corporales y en los alvéolos pulmonares.

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Aorta

Sistema circulatorio en los vertebrados

En seguida describiremos a manera de ejemplo el sistema circulatorio del hombre y luego lo compararemos con el de los peces con objeto de mostrar las diferencias existentes entre un organismo acuático y uno terrestre. El sistema circulatorio está constituido por un órgano central, o corazón, y una red de vasos, arterias y venas de Vena diferente grosor –los más delgados son los vasos capipulmonar lares. Se trata de un sistema cerrado, ya que la sangre nunca sale de los vasos (figura 4.14). Aurícula Arteria pulmonar

izquierda

Corazón El corazón humano se ubica en la cavidad torácica; está formado fundamentalmente por tejido muscular Ventrículo cardiaco y presenta cuatro cavidades: dos aurículas (dereizquierdo cha e izquierda) y dos ventrículos (derecho e izquierdo). Las dos aurículas no tienen comunicación entre sí, ni tampoco los dos ventrículos; no obstante, sí hay comunicación entre la aurícula y el ventrículo del lado derecho, y de igual forma entre los correspondientes del lado izquierdo, ya que están conectados por válvulas. Las paredes musculares de las aurículas son más delgadas que las de los ventrículos. La circulación de la sangre en el corazón lleva la siguiente dirección: las venas cavas superior e inferior –que llevan sangre con bióxido de carbono que han recogido de los tejidos del cuerpo– desembocan en la aurícula derecha, la cual al contraerse envía la sangre al ventrículo derecho, que a su vez la envía a los pulmones por medio de las dos arterias pulmonares. En el pulmón, la sangre se oxigena y es conducida a la aurícula izquierda del corazón por las cuatro venas pulmonares; de ahí, la sangre es bombeada al ventrículo izquierdo y éste, al contraerse, la manda a todos los tejidos por la arteria aorta y sus ramificaciones (figura 4.15).

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Tema 4.3 Sistema circulatorio

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Arteria pulmonar Arteria aorta Vena cava superior

Arteria pulmonar

Venas pulmonares Venas pulmonares Aurícula derecha Válvula semilunar

Ventrículo derecho

Aurícula izquierda Ventrículo izquierdo Válvula auriculoventricular

Vena cava inferior

Figura 4.15 Estructura anatómica del corazón. Las arterias son vasos que salen del corazón y las venas son vasos que llegan a él. La sangre con bióxido de carbono sale del ventrículo derecho por las arterias pulmonares, que la llevan a los pulmones. La sangre oxigenada regresa por las venas pulmonares y desemboca en la aurícula izquierda para finalmente ser bombeada por el ventrículo izquierdo a la aorta. Cabe señalar que la denominación de venas o arterias se debe a la dirección de la circulación de la sangre y no al tipo de sangre.

La contracción de los músculos de las paredes de las cuatro cavidades es rítmica y coordinada. Se llama movimiento de diástole cuando los músculos se relajan y las cavidades se llenan de sangre. Esto es gracias a que las válvulas auriculoventriculares se mantienen abiertas, con lo que permiten el flujo sanguíneo de las aurículas a los ventrículos. Este proceso dura aproximadamente 0.4 segundos. El movimiento de sístole es la fase de contracción, que primero ocurre en las aurículas, con una duración de alrededor de 0.1 segundos, para llenar por completo los ventrículos, y luego sucede en los ventrículos durante un tiempo aproximado de 0.3 segundos, con una fuerza que cierra las válvulas auriculoventriculares y abre las semilunares para que la sangre salga hacia las arterias pulmonares en el lado derecho y hacia la aorta, en el izquierdo. En la aurícula derecha se encuentra el nodo senoauricular, llamado también marcapaso, que es una parte especializada del tejido muscular que genera señales eléctricas que se difunden rápidamente y hacen que las células de las aurículas se contraigan al mismo tiempo. Esas señales también se transmiten al nodo auriculoventricular, ubicado entre la aurícula y el ventrículo derechos; así, la señal se propaga por medio de fibras musculares especializadas a los ventrículos, los cuales se contraen con un ligero retraso respecto de la contracción auricular. Vasos sanguíneos Los vasos son arterias que salen del corazón o bien, venas que llegan a él. Las arterias llevan sangre oxigenada (excepto las pulmonares, que la llevan con bióxido de carbono) y las venas conducen sangre con bióxido de carbono (salvo las pulmonares, que transportan oxígeno). La estructura de las arterias y venas consiste en paredes formadas por un epitelio cubierto en primera instancia por una capa de músculo liso y luego por una de

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Unidad 4 Procesos en los animales

tejido conjuntivo. La capa muscular regula el flujo sanguíneo, mientras la de tejido conjuntivo aporta elasticidad. Estas capas son más gruesas y resistentes en los vasos más grandes, que reciben con más fuerza el impacto de la sangre. En el caso de las venas, cuentan también con válvulas que aseguran que la sangre fluya al corazón y no se regrese por efecto de la gravedad. Los vasos grandes se ramifican en vasos más delgados hasta formar los vasos capilares, los cuales sólo tienen una capa de células epiteliales cubiertas de una delgada membrana basal de protección. Es en estos vasos donde se realiza el intercambio de sustancias, ya sea que se trate de nutrientes en la absorción intestinal, de oxígeno y bióxido de carbono en los alvéolos, de desechos metabólicos en las células, o del intercambio que se da entre estos nutrientes y gases de la respiración en la sangre con los tejidos del cuerpo. Intercambio de gases en los tejidos  El oxígeno es transportado en los glóbulos rojos combinado con la hemoglobina. Los vasos capilares que rodean los alvéolos pulmonares reciben el oxígeno que pasa por difusión a través de las paredes alveolares y de los vasos capilares. La hemoglobina es una proteína compleja formada por cuatro cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales tiene un grupo hemo con un átomo de hierro, que atrae el oxígeno; de esta manera, cada hemoglobina transporta cuatro moléculas de oxígeno. La sangre lleva el oxígeno a todas las células del cuerpo. Al liberar la hemoglobina el oxígeno en los tejidos, éste pasa por difusión de los capilares a las células. El transporte del bióxido de carbono es diferente. Pasa, también por difusión, de las células –donde es producido como desecho de la respiración– al líquido intersticial y de éste al plasma de la sangre. Luego, aunque una pequeña parte queda en el plasma, penetra en los glóbulos rojos, donde se combina con agua para producir ácido carbónico. Este ácido se disocia en iones hidrógeno e iones bicarbonato que se difunden al plasma para así ser trasladados a los pulmones, donde se realiza el proceso inverso; los iones bicarbonato se difunden en el interior de los glóbulos rojos, donde se combinan con los hidrogeniones para formar ácido carbónico, que luego se desdobla en bióxido de carbono y agua que se difunden a los alvéolos para ser eliminados al exterior. El bióxido de carbono como Célula del cuerpo Alvéolo tal es un desecho tóxico de las O2 células, pero transportado en CO2 forma de bicarbonato funcioCO2 na como amortiguador del pH CO2 CO de la sangre (figura 4.16). O2 2 Hemoglobina H O O2 H2O 2 El sistema circulatorio de los peces tiene un corazón de H2CO3 H2CO3 dos cavidades: una aurícula y Glóbulo HCO3 HCO3 H+ rojo H+ un ventrículo. Su corazón reci-

Figura 4.16 Transporte de gases en la sangre. Izquierda: al ser desechado por las células, el bióxido de carbono pasa al espacio intercelular y luego al plasma y a los glóbulos rojos en un vaso sanguíneo. En los glóbulos, una parte se combina con agua y forma ácido carbónico, que se ioniza en iones bicarbonato e hidrógeno. Los bicarbonatos se difunden en el plasma y los iones hidrógeno se combinan con la hemoglobina junto con la otra parte de bióxido de carbono. Al mismo tiempo, el oxígeno que circula combinado con la hemoglobina es dejado en los diferentes tejidos. Derecha: el transporte y la difusión de los gases se invierte en los alvéolos pulmonares, donde la sangre recibe el oxígeno y deja el bióxido de carbono. HCO

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3

HCO3

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Tema 4.3 Sistema circulatorio

be y bombea sangre con poco oxígeno. La sangre sale del corazón hacia las branquias, donde se oxigena en una red de capilares para luego salir a repartirse a las células del cuerpo. La sangre pierde impulso al salir de las branquias, pero los movimientos que hace el pez al nadar ayudan a que fluya. En los capilares sistémicos en el nivel de los tejidos deja el oxígeno y recoge el bióxido de carbono para regresar al corazón (fiArteria gura 4.17).

Capilares en branquias

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Figura 4.17 Sistema circulatorio en los peces. El corazón presenta dos cavidades: una aurícula y un ventrículo. La sangre fluye pobre en oxígeno por las venas hasta llegar a la aurícula y ser bombeada por el ventrículo, por medio de arterias, a los capilares de las branquias, donde se oxigena y circula por arterias dorsales hacia la parte posterior del cuerpo.

Vena Corazón

Lectura y análisis A partir de lo que acabas de leer sobre el sistema circulatorio y la observación de preparaciones de sangre y de un corazón de pollo en el laboratorio, elabora lo siguiente: 1. Un cuadro sinóptico ilustrado con los diferentes elementos de la sangre y sus funciones. 2. Un esquema o un modelo dinámico que explique la circulación de la sangre en el sistema circulatorio humano.

3. Un esquema del corazón que tenga señaladas sus partes y los vasos que salen o llegan a él. 4. Un esquema que explique el transporte de los gases de la respiración en la sangre.

Hipertensión como factor de riesgo cardiovascular La presión arterial es la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos. Esta fuerza es mayor cerca del corazón como resultado de la contracción ventricular y disminuye cuando el corazón se relaja. La presión disminuye conforme la sangre circula de arterias a arteriolas (múltiples ramificaciones de las arterias) no sólo por el hecho de alejarse del corazón sino porque su velocidad es cada vez menor y existe fricción y resistencia de las paredes de los vasos. Al regresar la sangre por las venas, la presión es casi igual a cero, de manera que la sangre requiere ser impulsada por contracciones musculares del área por donde va pasando; además, estos vasos presentan válvulas que impiden que la sangre se regrese. La presión sanguínea se mide, como un signo vital, en las arterias. Esta medida implica dos registros, el de la presión sistólica y el de la diastólica,

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Unidad 4 Procesos en los animales

que en condiciones normales deben mantenerse en 120 mm de mercurio la primera y 70 mm la segunda. La presión llega a alterarse por debajo o por arriba de esos límites, lo que se conoce como hipotensión e hipertensión arterial, respectivamente. Esta última constituye uno de los trastornos de mayor incidencia e importancia en la población, ya que trae como consecuencia enfermedades cardiovasculares graves. Existe un elevado porcentaje de casos de hipertensión cuyas causas se desconocen (hipertensión primaria); sin embargo, hay otros en los que se le encuentra asociada a otras enfermedades (hipertensión secundaria), por ejemplo, del riñón o del sistema endocrino. Un problema de este trastorno es que en muchas ocasiones no presenta síntomas, de ahí que se le conozca como “la muerte silenciosa”; sin embargo, llega a suceder que se presente dolor de cabeza, zumbido de oídos, visión borrosa o de “luces”, mareos al levantarse o cambiar de posición y adormecimiento de la mitad del cuerpo. Aunque no se sabe la causa directa de la enfermedad, se reconoce una predisposición genética, así que si hay antecedentes familiares, por ejemplo, de que parientes consanguíneos hayan sufrido infartos al miocardio, es necesario revisar periódicamente la presión arterial para controlarla y prevenir padecimientos concomitantes. Otros factores relacionados con la hipertensión son la edad, el sobrepeso y el estilo de vida. La falta de ejercicio y la mala nutrición coadyuvan en la formación de depósitos ateroescleróticos (colesterol, por citar en caso) en los vasos, los cuales causan su endurecimiento y obstrucción; esto hace que el corazón tenga que trabajar más para impulsar la sangre y, por tanto, se debilite, al grado de sufrir infartos o muerte de zonas importantes del tejido cardiaco, insuficiencia renal o hemorragias cerebrales.

4.4 Sistema excretor Concepto clave La homeostasis es el proceso mediante el cual se regula y mantiene el control de un ambiente interno de condiciones constantes, en el que las células de los organismos pueden realizar sus funciones de manera óptima y eficiente; entre esas condiciones se cuenta la temperatura, el pH, el volumen

Sistemas homeostáticos Para mantener la vida, las células de los organismos requieren condiciones ambientales específicas, óptimas para que realicen sus funciones con eficiencia. Sin embargo, el ambiente es cambiante, presenta fluctuaciones, a veces drásticas, de temperatura, presión, salinidad, etcétera. En respuesta a ello, a lo largo de su evolución los organismos han logrado desarrollar mecanismos para resistir tales cambios. En particular, los animales, cuya organización implica órganos internos íntimamente relacionados para el funcionamiento armónico del cuerpo, presentan mecanismos de regulación complejos que consiguen mantener un equilibrio interno para el funcionamiento de sus células.

de líquidos, etcétera.

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Tema 4.4 Sistema excretor

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Tal equilibrio interno recibe el nombre de homeostasis y consiste básicamente en mantener en condiciones casi constantes el líquido intersticial que llena los espacios entre las células. Por ejemplo, en nuestro organismo están regulados, entre otros factores, la temperatura del cuerpo, la concentración de sustancias en la sangre y el volumen de líquidos. En general, los mecanismos de control de la homeostasis tienen como base una retroalimentación negativa; esto significa que el resultado de un proceso, inhibe el proceso. Un mecanismo homeostático simple debe tener los siguientes elementos: un receptor que capte los estímulos, un modulador que seleccione la respuesta y un efector que la ejecute. Termorregulación  La regulación de la temperatura corporal en el organismo garantiza que ésta se mantenga, con ligeras fluctuaciones, alrededor de 36.5° C, temperatura óptima para la realización de las funciones celulares. El estímulo para accionar el mecanismo es la temperatura de la sangre. Cuando ésta se eleva por encima del nivel, un centro de control ubicado en el cerebro detecta el estímulo y envía señales a la piel para que se activen las glándulas sudoríparas y que los vasos sanguíneos periféricos se dilaten. Estas dos respuestas producen el enfriamiento de la sangre al perder calor por irradiación de la sangre que circula en los vasos y por evaporación al sudar. Al enfriarse por debajo del nivel controlado, la sangre hace que el centro de control cerebral cierre las glándulas sudoríparas y los vasos sanguíneos se contraigan (esto ocasiona que la sangre se derive a tejidos profundos), con lo que deja de perderse calor y se restablece la temperatura de 36.5° C. Cuando hace mucho frío en el ambiente, este mecanismo no es suficiente, y para producir calor el cuerpo tirita y tiembla mediante contracciones involuntarias de los músculos esqueléticos. Respecto a la regulación de la temperatura, los animales se consideran ectotermos o endotermos. Los primeros son organismos que obtienen calor del exterior (por ejemplo, los peces, reptiles y anfibios); los segundos producen calor por sus vías metabólicas. Diversas estructuras, funciones y comportamientos contribuyen al proceso de termorregulación. Por citar algunos casos, los elefantes mueven sus grandes orejas para perder calor (por convección, es decir, al mover el aire sobre su superficie se remueve el calor); los osos polares lo conservan gracias a una gruesa capa de grasa y a que su pelo transparente facilita la absorción de calor por la piel, que es negra; las iguanas y lagartijas del desierto toman calor del sol (irradiación) en posiciones con las que evitan exponerse demasiado a su acción o al calor de las rocas y suelo (por conducción), y algunos mamíferos hibernan cuando no hay suficiente alimento en el ambiente como para mantener su producción de calor. La hibernación consiste en deprimir sus funciones, lo que baja su temperatura, para permitirles sobrevivir de sus reservas de grasa por periodos largos.

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Unidad 4 Procesos en los animales

Osmorregulación  El agua y los solutos disueltos en ella han de encontrarse en equilibrio respecto del contenido celular, de manera que tanto el agua como las proteínas, los aminoácidos, los iones de sodio, potasio, cloro y bicarbonato deben mantenerse bajo el control de mecanismos osmorreguladores. Recordemos que las células se encuentran en medios isotónicos, hipertónicos o hipotónicos si las concentraciones de solutos son iguales, más altas o más bajas, respectivamente, que la concentración de las células. En estos medios se llevan a cabo procesos osmóticos; por ejemplo, en un medio hipotónico las células se llenan de agua y en medios hipertónicos se plasmolizan o deshidratan, en tanto que en un medio isotónico la célula está en equilibrio osmótico con su entorno, ya que la cantidad de agua que sale es la misma que entra. Los ambientes en que viven las células tienen fluctuaciones en su concentración de solutos y los organismos se adaptan a ellas mediante mecanismos de regulación. Por ejemplo, existen organismos de vida marina que mantienen una concentración semejante a la de su ambiente, de manera que su gasto de energía en lograr el equilibrio es mínimo. Otros animales, como los peces de agua dulce, tienen mecanismos para eliminar el agua que penetra por ósmosis y retener los solutos necesarios que se eliminarían junto con el vital líquido (los obtienen de los alimentos y los reabsorben en las branquias y por su sistema renal). En cambio, los peces de agua salada pierden agua por ósmosis, de modo que sus mecanismos reguladores controlan esa pérdida al beber el agua de mar y eliminar el exceso de iones por las branquias, así como al reducir la cantidad de orina que eliminan por vía renal. En el caso de los organismos terrestres, el problema radica en la pérdida de agua mediante adaptaciones estructurales, fisiológicas y de comportamiento. Por ejemplo, los artrópodos terrestres tienen un esqueleto externo duro e impermeable; los reptiles, aves y mamíferos presentan la piel con una serie de capas protectoras, además de escamas, plumas o pelo que evitan la pérdida de agua, y algunos que viven en zonas áridas tienen hábitos nocturnos. Los sistemas excretores, además de tener la función de expeler los desechos del metabolismo, también regulan el agua y la concentración de solutos. Como resultado del metabolismo, las células producen sustancias de desecho –muchas de ellas tóxicas– que deben ser eliminadas. Entre estos desechos tóxicos se encuentran los productos de la degradación de proteínas y ácidos nucleicos, principalmente el amoniaco, que en el caso de los organismos acuáticos se elimina con facilidad en el agua ambiente, mientras que en los animales terrestres su eliminación es muy lenta, pues no se difunde fácilmente en el aire. Aunque representa un gasto de energía, estos animales transforman el amoníaco en ácido úrico (como sucede con las aves) o en urea (como lo hacemos los mamíferos). Esta transformación es importante porque son sustancias menos tóxicas que es posible almacenar en el organismo durante cierto tiempo sin riesgo de envenenamiento.

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Tema 4.4 Sistema excretor

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Arteria y vena renales

Órganos del sistema excretor

Corteza renal Riñón

El sistema excretor humano

El sistema excretor de los seres humanos consta de dos Pelvis renal riñones y los conductos uréter, vejiga urinaria y uretra, para la eliminación de la orina. En el riñón se distinguen Uréter dos zonas, la cortical y la médula. En la corteza se hallan las unidades excretoras llamadas nefronas (figura 4.18). Vejiga Cada nefrona se constituye de una arteriola aferente de urinaria entrada, el glomérulo (que es una red capilar) y la arteriola eferente o de salida. El glomérulo queda envuelto por una Médula renal estructura en forma de copa, la cápsula de Bowman, que Uretra es la terminación capilar de los túbulos del riñón, los cuales se unen con los de otras nefronas para formar conductos Figura 4.18 A la izquierda, colectores comunes que finalmente forman un solo conducto grande, el uré- estructura anatómica del sistema renal humano. A la derecha, ter, que sale del riñón para conectarse a la vejiga urinaria (figura 4.19). detalle de la anatomía del riñón.

Función de las nefronas: ultrafiltración, reabsorción, excreción

Cápsula de Bowman Arteria aferente

Túbulos contorneados

Gloméculo

Las arteriolas aferentes, que son Uniones de conductos ramificaciones de la arteria renal de otras que entra en el riñón con los desenefronas Arteria eferente chos, conducen estas sustancias a los glomérulos en la cápsula de Bowman, Conducto Asa de colector donde se realiza la filtración del agua, proceHenle so que se lleva a cabo por la presión que ejerce la constricción de las arteriolas aferente y eferente; luego, las moléculas grandes que no fueron filtradas pasan de las arteriolas eferentes al túbulo renal por procesos de transporte activo (es decir, con gasto de energía) en una fase denominada secreción; gran parte del agua y los solutos necesarios que fueron filtrados regresan a la sangre por un tercer proceso, la reabsorción, la cual ocurre también por transporte activo. El filtrado, al salir de la cápsula de Bowman, es un líquido isotónico, es decir, de concentración semejante a los contenidos celulares, de manera que si fuera eliminado como tal el organismo perdería mucha agua. Una forma de reducir esta pérdida sucede en los conductos de salida de la nefrona, que forman sinuosidades, y en una porción en forma de U llamada asa de Henle, cuyas ramas descendente y ascendente llegan a la médula del riñón; en la descendente las células de las paredes del túbulo bombean el sodio hacia fuera y de manera pasiva sale el cloro y el agua, lo cual genera una zona alrededor del tubo con alta concentración de solutos que regresan después al torrente circulatorio. En el túbulo el filtrado se reduce en volumen y se hace

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Figura 4.19 Estructura de una nefrona. La sangre llega con desechos al riñón por la arteria aferente, que dentro de la cápsula de Bowman forma un glomérulo donde se realiza la filtración. El filtrado circula por el túbulo contorneado proximal (cercano a la cápsula de Bowman), el asa de Henle y el túbulo contorneado distal (distante de la cápsula). En este trayecto se realiza la reabsorción de agua y sustancias útiles que pasan a la sangre, así como la secreción de sustancias que se eliminan de la sangre y pasan a los conductos colectores que se reúnen en tubos con un diámetro cada vez mayor para constituir el uréter, que conduce la orina a la vejiga para ser eliminada finalmente por la uretra.

Concepto clave La nefrona es la unidad funcional del riñón. Su funcionamiento permite eliminar los desechos del metabolismo celular que viajan en la sangre, así como reabsorber agua, iones y sustancias que son útiles para el organismo.

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Unidad 4 Procesos en los animales

hipertónico, sumamente concentrado por la pérdida de agua y la difusión de urea desde el tubo colector común. Así, el filtrado circula por la rama ascendente, que es impermeable al agua pero permite el transporte activo de iones y solutos; de esta manera baja su concentración al grado de hacerse hipotónico, que es como entra en el tubo colector (figura 4.19).

Regulación de la función renal. Acción de los diuréticos A partir del tubo colector, la conversión del filtrado a orina como una solución hipertónica se debe a la acción de la hormona antidiurética que produce la hipófisis; asimismo, la cantidad de agua que reabsorben las nefronas también depende de esa hormona. Cuando los solutos de los líquidos del cuerpo se encuentran por arriba del nivel controlado, el centro de control en el cerebro responde estimulando la producción de la hormona, cuya acción es hacer que las paredes del tubo colector sean permeables al agua y que ésta sea reabsorbida y transportada al tejido circundante; así, la orina queda concentrada e hipertónica. Cuando los solutos están muy diluidos, como sucede cuando tomamos mucha agua, baja la producción de la hormona, las paredes del tubo permanecen impermeables y el agua no se reabsorbe sino que se desecha del organismo. El volumen y la concentración de la orina deben mantenerse en niveles constantes; sin embargo, llegan a alterarse por el consumo de ciertas sustancias que ingerimos como parte de la dieta o por la acción de medicamentos. A las sustancias que aumentan el flujo de orina se les denomina diuréticos y se utilizan en el tratamiento de enfermedades relacionadas con la retención de agua en exceso, como es el caso de los edemas. Los diuréticos inhiben la producción de la hormona antidiurética; de ese modo se reduce la reabsorción del agua, que por lo tanto se elimina. El café, el té y la cerveza tienen acción diurética. Como dijimos en el apartado sobre la anorexia y bulimia, el uso de medicamentos diuréticos para bajar de peso resulta contraproducente para la salud, ya que no sólo se pierde agua de manera anormal, sino que también se producen descompensaciones severas de los iones.

Lectura y análisis Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema excretor, elabora lo siguiente: 1. Un diagrama que muestre y compare la termorregulación en un animal ectotermo y un animal endotermo. 2. Un esquema con la estructura de la neurona, donde se indique en qué partes se realizan los procesos de filtración, reabsorción y excreción.

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3. Un resumen acerca de la acción de los diuréticos y su uso indebido.

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Tema 4.5 Sistema endocrino

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4.5 Sistema endocrino Glándulas endocrinas Los animales, particularmente los vertebrados, son sistemas vivos muy complejos por su alto nivel de organización, de manera que su funcionamiento armónico exige de mecanismos que coordinen las funciones de todos los sistemas para que las respuestas del animal, tanto a las condiciones internas como a las externas, sean las apropiadas para lograr la supervivencia. Son tres estos sistemas reguladores u homeostáticos: el renal –que se explicó en el apartado anterior–, el endocrino y el nervioso. En los vertebrados, el sistema endocrino se forma por una serie de glándulas endocrinas, las cuales reciben tal denominación porque vierten sus secreciones en la sangre y no al exterior, como las glándulas exocrinas (por citar algunos casos, las salivales, las sudoríparas y las lacrimales). También está el caso, por ejemplo, del páncreas, que es una glándula mixta, cuyas secreciones se dirigen a la sangre y al exterior –el jugo pancreático va al tubo digestivo. Las glándulas endocrinas producen hormonas, las cuales son sustancias que actúan como señales químicas para activar e inhibir procesos, con lo que cumplen su función homeostática. El hipotálamo es una glándula endocrina en los humanos que se ubica en el cerebro y actúa emitiendo señales nerviosas o endocrinas; se considera el órgano de control del sistema endocrino, ya que sus hormonas estimulan la hipófisis, una glándula anatómicamente relacionada con Hipotálamo él, cuya función es estimular mediante sus hormonas Glándula a otras glándulas como la tiroides, las cápsulas suprapineal rrenales, los ovarios y los testículos. Otras glándulas Hipófisis son las paratiroides, situadas junto a la tiroides; el timo, que se encuentra debajo del esternón, y la Tiroides glándula pineal, que es un pequeño crecimiento Paratiroides del cerebro (figura 4.20).

Concepto clave Una hormona es una sustancia producida por una glándula endocrina, que la secreta a la sangre para ser transportada hasta la célula o tejido blanco donde ejercerá su acción, es decir, producirá una respuesta celular.

Timo

Las hormonas y su función Las hormonas son sustancias químicas producidas en las glándulas con función Cápsulas suprarrenales endocrina. En cuanto a su naturaleza química, se reconocen cuatro tipos: proteínas, péptidos, aminas y esteroides. Ovarios Aunque presentan esta diversidad química, todas tienen en común que son vertidas de la glándula a la sangre, donde circulan a las células blanco, llamadas así porque en ellas las hormonas ejercen su acción para producir la respuesta celular.

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Páncreas

Testículo Figura 4.20 Posición anatómica de las glándulas del sistema endocrino.

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Unidad 4 Procesos en los animales

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a)

c)

Figura 4.21 Tres formas de comunicación de las células mediante mensajeros químicos. a) Una célula glandular secreta una hormona que pasa a la sangre para actuar sobre una célula blanco en un tejido distante. b) Una neurona secreta una hormona que va a la sangre para llegar a su célula blanco. c) Una neurona secreta un neurotransmisor que se deposita en el espacio intercelular, en este caso sináptico, para estimular una neurona cercana sin que el neurotransmisor circule por la sangre.

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Al circular en la sangre, las hormonas llegan prácticamente a todas las partes del cuerpo, lo que demuestra la importancia del sistema endocrino como regulador de numerosos procesos; por ejemplo, el crecimiento, el desarrollo y la reproducción. Las hormonas se producen en pequeñísimas cantidades, pero su efecto es muy grande al causar respuestas celulares drásticas a su pequeño estímulo. Sin embargo, en ocasiones esa respuesta es lenta por el tiempo que implica la producción de la hormona en la glándula, su circulación hasta llegar a las células blanco y la producción de proteínas que ocurre como respuesta celular al estímulo. En determinadas situaciones –por ejemplo, cuando el animal está en peligro– su respuesta debe ser instantánea, lo cual se logra mediante la interacción del sistema endocrino y el nervioso, que se complementan. Este último también produce hormonas y neurotransmisores que, a diferencia de las hormonas de las glándulas, producen reacciones inmediatas. En efecto, en el sistema nervioso hay células neurosecretoras que producen hormonas que se vierten a la sangre para estimular las células blanco. La transmisión de un estímulo de una neurona a otra también se realiza mediante señales químicas, llamadas neurotransmisores, las cuales se distinguen de las hormonas porque no circulan en la sangre sino b) que se producen como secreción de una neurona para estimular a las neuronas contiguas; de este modo, se desarrolla la conducción del estímulo por los nervios. Existen otros tipos de señales químicas de acción semejante a los neurotransmisores: los llamados reguladores locales, entre los que se encuentran las prostaglandinas, que actúan sobre las fibras musculares del útero durante el parto, o las interleucinas, con funciones en los procesos de inmunización (figura 4.21). De acuerdo con su naturaleza química, las hormonas siguen determinado mecanismo para producir una respuesta celular. Las que son proteínas, aminas o péptidos siguen un patrón de acción semejante: cuando la hormona llega al órgano o tejido con las células blanco, se enlaza con proteínas receptoras de la hormona situadas en las membranas celulares; dichos receptores no tienen otras células, por lo que no se afectan por la hormona. Una vez unida la hormona a su receptor de membrana comienza una cadena de reacciones entre moléculas, llamadas de transmisión, que terminarán con la producción de una proteína que constituirá la respuesta. Todo el proceso se realiza entonces en el citoplasma de la célula. Las hormonas esteroides siguen otro mecanismo: penetran a través de la membrana de la célula blanco y en el citoplasma se unen a una proteína re-

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Tema 4.5 Sistema endocrino

ceptora; el complejo hormona-receptor entra en el núcleo, donde activa ciertos genes para producir el aRN mensajero correspondiente, que sintetizará la proteína específica como respuesta (figura 4.22). A veces una hormona actúa en diferentes células blanco con receptores distintos que desencadenan respuestas diversas; por ejemplo, la misma hormona puede desencadenar en una célula el desdoblamiento de una sustancia en otras, y si la célula es muscular, estimular su contracción. A partir de estos planteamientos generales para todas las hormonas, analizaremos las funciones de algunas de ellas.

Síntesis del producto

Producto

Membrana nuclear

Receptor

Moléculas de transmisión Receptor de membrana

Hormona a)

Hormonas del hipotálamo y la hipófisis El hipotálamo es una estructura con funciones nerviosas y glandulares que forma parte del cerebro. Está anatómicamente relacionado con la glándula hipófisis, en la que se distinguen dos lóbulos: la hipófisis posterior de tejido nervioso, que prácticamente es una continuidad del hipotálamo, y la hipófisis anterior, de tejido glandular. En la hipófisis posterior se acumulan y luego son secretadas a la sangre las hormonas oxitocina y antidiurética producidas por el hipotálamo. La primera desencadena tanto las contracciones uterinas durante el parto como las de los músculos de las glándulas mamarias para la expulsión de leche en la lactancia; por su parte, la segunda favorece la reabsorción de agua en los conductos renales. La hipófisis anterior produce sus propias hormonas en respuesta a la estimulación de hormonas mensajeras producidas por el hipotálamo. Las hormonas de la hipófisis anterior son la del crecimiento (estimula el crecimiento, especialmente de Hipotálamo los huesos), la estimulante de la tiroides (estimula a la tiroides), la adrenocorticotrópica (estimula a las cápsulas suprarrenales), la estimulante del folículo (estimula la maduración de un óvulo en el ovario y la producción de espermatozoides en el testículo), la luteinizante Hipófisis posterior (estimula la ovulación), la prolactina (estimula la producción de leche) y las endorfinas (con efecto in- Oxitocina hibidor del dolor). Antidiurética Como se advierte, el hipotálamo es el centro de control del sistema endocrino, ya que regula el funcionamiento de las d e m á s glándulas por medio de la hipófisis, al secretar hormonas mensajeras que estimulan a otras glándulas y hormonas de inhibición que suspenden la producción hormonal de la hipófisis (figura 4.23).

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b) Figura 4.22 Diferentes formas de acción de las hormonas. a) Las hormonas del tipo de las proteínas, péptidos o aminas se combinan con receptores de la membrana celular para desencadenar reacciones, mediante moléculas de transmisión, con el fin de obtener el producto como respuesta celular a la acción hormonal. b) Las hormonas de tipo esteroide penetran en el citoplasma y ahí se unen a su receptor para después entrar juntos en el núcleo de la célula, donde se activan genes y se producen mensajeros que sintetizarán la proteína que constituye la respuesta celular.

Hipófisis anterior Prolactina Estimulante de tiroides Folículo estimulante

Endorfinas

Luteinizante Adrenocorticotrópica Figura 4.23 Hormonas producidas por los lóbulos posterior y anterior de la hipófisis, bajo el control del hipotálamo.

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Unidad 4 Procesos en los animales

Cuando por alguna causa se altera la producción de las hormonas hipofisiarias se presentan enfermedades. El gigantismo y el enanismo son un ejemplo del exceso o de la deficiencia de la hormona del crecimiento.

Hormonas de la tiroides La glándula tiroides produce dos hormonas muy semejantes en acción: la tiroxina (T4) y la triyodotironina (T3), simbolizadas de esta manera porque en su molécula se encuentran cuatro o tres átomos de yodo. Ambas hormonas intervienen en el desarrollo del organismo y controlan el metabolismo energético. Por ejemplo, si existe una deficiencia de las hormonas durante la infancia se produce una enfermedad llamada cretinismo (falta de crecimiento y desarrollo físico y mental). Si la producción deficiente o en exceso sucede después de la infancia, se presentan alteraciones como el hipo o el hipertiroidismo, respectivamente; en el primero, la persona tiene un bajo metabolismo energético, de manera que en lugar de que los alimentos se procesen para obtener energía, se almacenan y producen sobrepeso, así como un estado de aletargamiento; en el segundo, la persona pierde peso y suda profusamente, con lo que libera calor. El bocio es otro padecimiento de la tiroides, el cual se presenta por carencia de yodo en la dieta. Cuando se tiene una producción de hormonas normal, la hipófisis detiene la producción de la hormona estimulante de la tiroides. Al no producirse suficiente hormona por falta de yodo, su cantidad disminuye en la sangre y la producción de la hormona estimulante de la tiroides por parte de la hipófisis continúa. Esto resulta en el crecimiento excesivo de la tiroides conocido como bocio.

Hormonas de tiroides y paratiroides La tiroides produce la hormona calcitocina y la paratiroides, la paratiroidea. Ambas tienen como función mantener regulada la concentración de calcio en la sangre. De la existencia de ese nivel constante de calcio dependen funciones tan importantes como la contracción muscular, la coagulación sanguínea y el transporte de sustancias a través de las membranas celulares. Las hormonas calcitocina y paratiroidea se consideran de acción antagónica, pues lo que una estimula la otra lo inhibe. Una elevación del calcio en la sangre estimula la tiroides para producir calcitocina, la cual actúa en tres blancos: los huesos, donde se deposita el calcio excedente, el intestino, que reduce la absorción de calcio, y el riñón, donde se inhibe su reabsorción. La disminución de calcio en la sangre por estos tres mecanismos estimula la paratiroides para que produzca su hormona, que actúa en sentido contrario, es decir, libera calcio de los huesos y favorece su absorción y reabsorción en intestino y riñón.

Hormonas del páncreas El páncreas es una glándula que realiza una doble función al secretar hormonas a la sangre y jugo pancreático con enzimas al intestino. En el tejido pancreático

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Tema 4.5 Sistema endocrino

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se hallan dos tipos de células: las alfa, que producen la hormona glucagon, y las beta, que secretan la insulina. Ambas hormonas cumplen una función antagónica con el fin de controlar la cantidad de glucosa disponible para la respiración, de manera que se mantenga en un nivel constante en la sangre. Estas hormonas actúan como sigue: cuando se eleva la cantidad de glucosa en la sangre, como sucede cuando acabamos de comer, el páncreas lo detecta como un estímulo para secretar insulina, que funciona como una señal para que las células absorban la glucosa, lo cual disminuye su concentración en la sangre. En particular, las células de los músculos y el hígado toman los excedentes y los acumulan como reserva en forma del polisacárido glucógeno. Cuando el nivel de glucosa en la sangre baja, el páncreas suspende su producción de insulina para secretar el glucagon, que en su función antagónica hace que el glucógeno, que está en reserva, se desdoble en moléculas de glucosa que van a la sangre para restablecer el nivel normal.

Hormonas de las cápsulas suprarrenales Estas cápsulas son dos glándulas que se ubican anatómicamente sobre los riñones. En su estructura se distinguen dos zonas, una cortical (externa) y otra medular (central). En la corteza se producen hormonas mineralocorticoides que regulan el sodio y el agua al actuar sobre el riñón para que se reabsorban y regresen a la sangre, y hormonas glucocorticoides, que contribuyen con el glucagon a elevar la glucosa en la sangre mediante la transformación de proteínas musculares en glucosa. En la médula suprarrenal se producen dos hormonas: la epinefrina (adrenalina) y la norepinefrina (noradrenalina), que afectan diferentes órganos, donde cumplen funciones distintas. En general, las hormonas de las cápsulas suprarrenales tienen como función conjunta la respuesta del organismo a situaciones de tensión o estrés; de manera particular, las de la médula se conocen como hormonas de defensa o ataque. Su producción depende de la acción de señales nerviosas que tienen origen en el hipotálamo y su función es levantar condiciones de alerta ante situaciones de tensión, tanto positivas como negativas; por ejemplo, emociones placenteras o de peligro. En situaciones como éstas la epinefrina y la norepinefrina aumentan el ritmo cardiaco y la presión sanguínea, favorecen la liberación de glucosa a la sangre y dilatan los vasos sanguíneos que van a órganos fundamentales como el cerebro y los músculos para garantizar que reciban un suministro de glucosa, en tanto que contraen los vasos periféricos en órganos no tan esenciales en esa situación. Con esos cambios, además de los producidos por las hormonas de la corteza, el organismo se encuentra preparado para reaccionar de manera adecuada ante el estímulo. Las acciones de las hormonas de la corteza contribuyen con las de la médula a mantener un medio interno constante para el funcionamiento de las

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Unidad 4 Procesos en los animales

células de todo el organismo y para ponerlo en condiciones adecuadas para responder a estímulos externos.

Hormonas de las glándulas sexuales Tanto la glándula femenina (el ovario) como la masculina (el testículo), además de producir los óvulos y espermatozoides, respectivamente, producen tres tipos de hormonas de naturaleza esteroide, los andrógenos, los estrógenos y las progestinas, aunque en diferentes proporciones. El ovario produce estrógenos y progestinas en mayor cantidad que el testículo, en tanto que éste produce andrógenos en una concentración más alta. Los estrógenos tienen como función promover en la pubertad el desarrollo de las características sexuales secundarias femeninas; por ejemplo, el crecimiento de las glándulas mamarias, un depósito de tejido graso dispuesto de manera diferente que el del hombre, la voz delgada, etcétera. Entre las progestinas es muy importante la progesterona, cuya función es preparar el útero para que reciba el embrión, en caso de que haya fecundación. Entre los andrógenos, la hormona más importante es la testosterona, que promueve en la pubertad la aparición de caracteres secundarios masculinos como mayor crecimiento del volumen corporal, engrosamiento de la voz, etcétera. Las hormonas de las glándulas sexuales o gónadas se producen por estimulación del hipotálamo mediante su acción sobre la hipófisis, cuyas hormonas regulan los ciclos reproductores.

Hormonas de la glándula pineal y del timo La glándula pineal es una pequeña protuberancia del cerebro que produce una hormona llamada melatonina, relacionada con la regulación de los ciclos cotidianos (por ejemplo, los de sueño y vigilia) o con los ciclos reproductores estacionales de algunos vertebrados. Su producción está relacionada con la luz, en el sentido de que su concentración en la sangre aumenta durante el día y disminuye por la noche. El timo es una glándula que se sitúa por debajo del esternón. En los niños es muy grande, pero se reduce notablemente una vez que se ha desarrollado por completo el sistema inmunitario. La hormona que produce es un péptido llamado timosina, el cual estimula el desarrollo de las células T, que son linfocitos productores de anticuerpos.

Diabetes como ejemplo de desorden hormonal La diabetes es una enfermedad vitalicia, ya que hasta ahora no se ha logrado encontrar una cura contra ella. No obstante, sí es posible controlarla mediante tratamiento médico y un estilo de vida que reduzca sus riesgos. Se trata de un trastorno hormonal que se origina por una actividad insuficiente de las células del páncreas encargadas de producir insulina, lo que resulta en una elevación del nivel de glucosa en la sangre.

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Hay dos tipos de diabetes: la de tipo 1, que generalmente se diagnostica en la infancia y cuyo tratamiento consiste en la administración diaria de insulina para suplir la que no produce el páncreas; y la más frecuente, llamada diabetes 2, que se presenta en la edad adulta. También se considera una diabetes gestacional que aparece durante el embarazo en personas que no tienen la enfermedad. Los siguientes son factores de riesgo: la existencia de antecedentes familiares, pues hay una predisposición genética; la obesidad; la edad (con mayor incidencia de los 45 años en adelante); presión arterial alta, y nivel alto de colesterol en la sangre. Los síntomas más notables son necesidad frecuente de orinar, sed y hambre excesivas, lo mismo que disminución de peso. La deficiencia de insulina hace que la glucosa en exceso se mantenga en la sangre y no sea transportada al hígado y los músculos. La glucosa que no se utiliza se elimina por vía renal; pero como en los riñones disminuye la reabsorción de agua, entonces se elimina en una orina muy diluida. La falta de glucosa disponible como combustible origina que de manera compensatoria se movilicen grasas y proteínas como material para obtener energía, con lo que la persona pierde peso. Los productos del metabolismo de estas sustancias se denominan cuerpos cetónicos y cetoácidos, que dan a la orina y el aliento un olor característico. Las alteraciones en el control de la glucosa suelen derivar en otro tipo de padecimientos; entre ellos los más frecuentes son la retinopatía y la ceguera, así como trastornos renales y vasculares. Estos últimos adquieren importancia sobre todo porque las heridas y lesiones en las extremidades inferiores presentan dificultad para cicatrizar y suelen infectarse, lo que muchas veces conduce a la necesidad de amputaciones. La diabetes 2 logra controlarse con tratamiento médico, el apoyo de ejercicio adecuado y el seguimiento de una dieta balanceada y baja en grasas.

Lectura y análisis Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema endocrino, contesta las siguientes preguntas. 1. ¿Qué diferencia hay entre una glándula exocrina y una endocrina? 2. ¿Qué caracteriza la acción de una hormona? 3. ¿Qué diferencia hay entre una hormona y un neurotransmisor? 4. ¿Cuál es la diferencia entre la acción de las hormonas esteroides y las de naturaleza proteica?

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5. ¿Cuál es la importancia del hipotálamo y la hipófisis en el sistema endocrino? 6. Elabora un cuadro sobre las hormonas que incluya: su nombre, glándula que la produce, naturaleza química y función. 7. Diseña un diagrama que muestre la acción de las hormonas del páncreas.

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Unidad 4 Procesos en los animales

4.6 Sistema nervioso Concepto clave La unidad funcional del sistema nervioso es la neurona, un tipo de célula muy especializada para transmitir estímulos y respuestas a los nervios. La transmisión de los impulsos nerviosos es un proceso tanto eléctrico (por depolarización de la membrana neuronal) como bioquímico (por la producción de neurotransmisores que pasan el impulso de una neurona a otra).

Funcionamiento de la neurona El sistema nervioso regula todas las actividades funcionales que ponen en relación al organismo con su ambiente y constituye, junto con el hormonal, uno de los sistemas de procesamiento de información de éste. Este sistema evolucionó de la red neuronal simple de los celenterados a los sistemas ganglionares ventrales de los invertebrados, para luego alcanzar la gran complejidad del sistema nervioso de los cordados, el cual analizaremos en seguida tomando como ejemplo el de la especie humana. Básicamente, el sistema consta de receptores de información, que registran los estímulos del medio; centros de integración, donde se procesa la información y se selecciona la respuesta que dará el organismo al estímulo, y efectores, que ejecutan las respuestas del cuerpo. Estos tres elementos están conectados mediante vías o rutas de transmisión de la información; así, los receptores (los órganos de los sentidos y las terminales nerviosas en la piel) se comunican con los centros de integración (el cerebro y la médula espinal) por medio de una ruta sensitiva, y del centro de integración la información viaja por una vía motora hacia los efectores (por ejemplo, los músculos). Desde el punto de vista estructural, el sistema nervioso de los cordados, particularmente el de los mamíferos, se subdivide en dos: el sistema nervioso central –que incluye el encéfalo y la médula espinal– y el sistema nervioso periférico –formado por los nervios craneales que parten del encéfalo y los nervios raquídeos que salen de la médula espinal–. Sin embargo, si se parte desde un criterio funcional hay que añadir el sistema nervioso autónomo, que comprende el simpático y el parasimpático, los cuales cuentan con funciones antagónicas en lo que respecta a los movimientos involuntarios viscerales. El órgano fundamental del sistema nervioso central es el cerebro, que no sólo coordina el desarrollo de las diferentes actividades funcionales del organismo, sino que también se encarga de funciones de gran complejidad como la percepción, la memoria, el aprendizaje y la conciencia. Las neuronas, que son células sumamente especializadas, constituyen la unidad funcional del sistema nervioso, el cual está básicamente formado por tejido nervioso. De acuerdo con su función, las neuronas se clasifican en sensitivas, si conducen información de receptores a centros de integración; motoras, si la llevan de estos últimos a los efectores, e interneuronas, que se hallan en el centro de integración, procesan la información y se conectan con otras interneuronas o directamente con las neuronas motoras.

Estructura de una neurona Una neurona es una célula de forma estrellada con un cuerpo celular que consta de un núcleo, organelos celulares y una gran cantidad de prolongaciones y ramificaciones que le dan una forma característica; aquellas más cortas y numerosas se denominan dendritas, en tanto que la más larga se

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Tema 4.6 Sistema nervioso

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Dendritas llama axón. La información viaja en un sentido: de las dendritas (que captan el estímulo en el cuerpo o soma) al axón, el Cuerpo o cual termina en unas pequeñas protuberancias (los botones soma sinápticos) que, al secretar neurotransmisores, relacionan la neurona con otras neuronas. El axón está cubierto por las células de Schwann, que se arrollan sobre él y se cubren de mielina, una sustancia aislante Axón que favorece que se transmita la información a gran velocidad, ya que no viaja de manera continua a lo largo de todo el axón sino que Nódulo de Ranvier avanza a saltos de un nódulo de Ranvier a otro. Estos nódulos son los espacios que quedan libres de mielina entre las células de Schwann (figura 4.24).

Fisiología de la transmisión en la neurona La transmisión de la información nerviosa comporta dos tipos de mecanismos, uno eléctrico y otro bioquímico. Proceso eléctrico  La membrana de las neuronas tiene una diferencia de potencial que es, en reposo, de -70 milivolts; esto se debe a que en su lado externo hay una carga positiva por acumulación de sustancias cargadas positivamente —en especial, iones de sodio (Na+)— y en su lado interno, hacia el citoplasma, una carga negativa –con iones de potasio (K+), cloro (Cl-). En la membrana existen proteínas que funcionan como canales para la difusión de iones. El potencial de reposo se genera porque los canales de Na+ permanecen cerrados y, en consecuencia, el ión no se difunde hacia el citoplasma, mientras que los canales de difusión del K+ están abiertos para que este ión salga de la célula. Otras proteínas, llamadas bombas de Na+ y K+, eliminan sodio y difunden potasio en el interior celular mediante transporte activo. La transmisión nerviosa implica cambios en el potencial de reposo por acción de los estímulos que recibe la neurona. El estímulo hace que los canales de sodio se abran y se incremente su concentración en el interior de la membrana hasta alcanzar el potencial umbral (el mínimo necesario para producir el potencial de acción, o de respuesta, ya positivo). La inversión de la carga de una membrana se debe a que el estímulo provoca que algunos canales de sodio se abran y dejen entrar el ión; el cambio de voltaje, aunque mínimo, estimula la apertura de Exterior más canales para llegar al poIón sodio tencial umbral y al de ac(Na+) ción. Cuando el potencial de acción llega a lo más alto es la señal para que Membrana los canales de sodio se Canal de celular Canal de sodio potasio cierren y los de potasio cerrado Bomba de abierto se abran para recuperar sodio-potasio el potencial de reposo Proteína (figura 4.25). Ión potasio (K+) Interior

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Vaina de mielina Células de Schwann

Botón sináptico

Figura 4.24 Estructura de una neurona. Las flechas indican la transmisión saltatoria del impulso nervioso de un nódulo de Ranvier a otro.

Figura 4.25 Canales para el paso de iones de un lado a otro de la membrana celular. El esquema muestra cómo se genera el potencial de reposo en la neurona. Los canales de sodio están cerrados (lo que impide la entrada de sodio en la célula), en tanto que los de potasio están abiertos (lo cual permite la salida de este ión). La bomba de sodio-potasio, como mecanismo de transporte activo, bombea sodio hacia el exterior y potasio al interior; con ello se genera el potencial negativo de la membrana.

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Unidad 4 Procesos en los animales

El potencial de acción es un hecho localizado, es decir, sucede en una sola parte del axón. Sin embargo, la información del estímulo se propaga a todo el axón hasta llegar a los botones sinápticos; se trata de un proceso semejante a una onda de transmisión, donde una región estimulada del axón estimula a su vez la región contigua y ésta a la que sigue; dicha transmisión se realiza en una sola dirección. Esto se logra por la acción de los canales de difusión. Cuando la región excitada del axón llega a su potencial de acción, abre los canales de potasio, de manera que en la región contigua se abren los de sodio para alcanzar un nuevo potencial de acción. No hay posibilidad de que la información se propague en sentido inverso, pues mientras los canales de potasio estén abiertos, los de sodio permanecerán cerrados; tal circunstancia sólo es factible que se presente en la región que está en reposo. Proceso bioquímico  Una neurona generalmente no hace contacto con otra, sino que entre ellas queda un pequeño espacio denominado sinapsis o hendidura sináptica. En algunos casos la transmisión en la sinapsis es eléctrica (un cambio de voltaje estimula a la siguiente neurona), situación común en las células del corazón; pero en otros, como sucede en la mayoría de los órganos, el impulso deja de ser eléctrico para convertirse en bioquímico. Cuando el estímulo propagado en el axón llega a los botones sinápticos, pequeñas vesículas llenas de neurotransmisores descargan su contenido en el espacio sináptico, se unen a los receptores de membrana de la siguiente neurona y estimulan sus canales de iones para generar el primer potencial de acción. Luego el neurotransmisor, que es de acción muy breve y precisa, se degrada y los canales se cierran, pero ya se ha transmitido el impulso. Una célula neuronal recibe información de otras neuronas mediante los neurotransmisores, los cuales son de naturaleza química variada; desde el punto de vista funcional son excitadores o inhibidores, según los canales que abran (por ejemplo, de sodio o de cloro), es decir, no siempre desencadenan potenciales de acción en otras neuronas. El organismo cuenta con una gran variedad de respuestas a un estímulo, según las neuronas hayan procesado la información. En general, el sistema nervioso de los vertebrados tiene dos elementos: un sistema central y un sistema periférico.

El sistema nervioso central En el hombre, el sistema nervioso central está representado por el cerebro y la médula espinal. Esta última recibe información sensorial de los músculos y la piel, e igualmente envía información motora a los músculos para el movimiento. El cerebro es el órgano central de control, que recibe información de los órganos de los sentidos, controla la función de la médula espinal, ejerce la regulación de los sistemas homeostáticos para el funcionamiento óptimo y

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Tema 4.6 Sistema nervioso

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armónico de los órganos del cuerpo y es, además, el centro de las emociones y el intelecto. El sistema nervioso central deriva del tubo neural que se forma en los primeros estados del desarrollo embrionario y que pronto empieza a diferenciarse en la zona cefálica al formar tres regiones: 1) el prosencéfalo, que derivará en el cerebrum, el tálamo, el hipotálamo y la hipófisis posterior; 2) el mesencéfalo, y 3) el metencéfalo, que dará origen al puente de Varolio, al cerebelo y a la médula oblonga. La región del tubo neural que recorre el cuerpo del embrión a partir de la cabeza, constituye la médula espinal, que quedará alojada en la columna vertebral. El cerebrum es la parte más grande y compleja del sistema. Está formado por dos hemisferios, derecho e izquierdo, conectados por las fibras nerviosas que forman el cuerpo calloso, por debajo del cual se hallan los ganglios o núcleos basales, importantes en la coordinación motora. El tálamo tiene la función de seleccionar la información que va hacia el cerebro, omitiéndola o mejorándola. El hipotálamo, como se explicó en el apartado sobre el sistema endocrino, activa la hipófisis y por medio de ella las diversas glándulas. Además, es un centro que regula la temperatura corporal, las sensaciones de hambre y sed, lo mismo que emociones como la ira y el placer. El mesencéfalo y los derivados del metencéfalo constituyen en conjunto el tallo cerebral. Toda la información que sale del cerebrum o llega a él pasa Nervios por el tallo cerebral, que funciona como un filtro de información; además, craneales Cerebro regula el movimiento corporal –por ejemplo, el caminar– y funciones como la respiración, la digestión y la circulación sanguínea. Todos los órganos del sistema nervioso central son huecos. En el cerebro hay espacios llamados ventrículos, los cuales se continúan en el canal central Nervios espinales de la médula espinal. En estos espacios circula el líquido cerebroespinal, que además de ser un amortiguador para los órganos centrales, transporta nutrientes, hormonas y glóbulos blancos. En un corte transversal de la médula espinal se logran distinguir dos regiones que, por su apariencia, son llamadas materia gris a) (en el centro) y materia blanca (hacia la periferia). La primera consta fundamentalmente de los cuerpos Ventrículos Médula neuronales, en tanto que la segunda está constituida espinal por los axones mielinizados. b) En el cerebro, la disposición de la materia gris constituye la corteza cerebral; en ella se logran identificar regiones funcionales de gran complejidad, como aquellas en las Materia gris que se integra la información que llega de los órganos de Figura 4.26 a) Elementos c) principales del sistema nervioso los sentidos y se coordina el lenguaje, la lectura y la central. b) Cerebro. c) Corte capacidad reflexiva (figura 4.26). trasversal de la médula espinal, Materia blanca

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Materia central

donde se señala la posición de las materias gris y blanca.

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Unidad 4 Procesos en los animales

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El sistema nervioso periférico (somático y autónomo) Este sistema está constituido por ganglios y nervios que conducen información ya sea hacia o desde el sistema central. Los nervios que conducen información hacia o desde el cerebro se denominan nervios craneales y los que llevan información hacia o desde la médula espinal se denominan nervios raquídeos. El sistema nervioso periférico se constituye de dos ramas funcionales: 1) la sensorial, que involucra dos conjuntos de neuronas: las que proporcionan al sistema central información proveniente del exterior (por ejemplo, de los órganos de los sentidos) y las que le envían información del interior del cuerpo (por citar un caso, de la composición química o la acidez de la sangre); y 2) la rama motora, que abarca las funciones de las neuronas del sistema nervioso somático que conducen información del sistema central a los efectores (por ejemplo, las neuronas motoras de los músculos esqueléticos y las del sistema autónomo que llevan información hacia las vísceras). El sistema nervioso somático controla el movimiento voluntario, como cuando caminamos o movemos un brazo; mientras que el sistema nervioso autónomo controla el movimiento involuntario, por ejemplo, el de los pulmones, el tubo digestivo y el corazón. El sistema nervioso autónomo está constituido por dos sistemas neuronales con funciones antagónicas (es decir, que si uno inhibe, el otro activa): el parasimpático y el simpático. En general, el parasimpático coordina funciones para la obtención y conservación de la energía corporal, en tanto que el simpático coordina las funciones que la consumen. Por citar algunos casos, el parasimpático estimula los movimientos del tubo digestivo, inhibe los del corazón y constriñe los bronquios, en tanto que el simpático inhibe los movimientos del tubo digestivo, acelera los del corazón y relaja los bronquios. Los nervios del parasimpático tienen su origen en el tallo cerebral y en la parte final de la médula espinal; en cambio, los del simpático surgen de la médula espinal (figura 4.27). Sistema nervioso periférico Rama sensorial

Conduce la información que llega del exterior.

Conduce la información que llega del interior.

Rama motora

Sistema nervioso autónomo

Sistema nervioso somático

Movimientos involuntarios

Movimientos voluntarios

Sistema simpático

Sistema parasimpático

Figura 4.27 Organización funcional del sistema nervioso periférico.

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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo

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Riesgos para el sistema nervioso: uso de drogas y alcohol Entre sus importantes y diversas funciones, el hipotálamo se identifica como centro nervioso que nos hace experimentar emociones, entre ellas el placer; pero también se podría considerar un centro de adicción, ya que drogas como la cocaína producen efectos en su funcionamiento. Esa droga desencadena una respuesta de euforia durante un lapso que va de cinco a 20 minutos, seguida de estados de depresión. La nicotina del tabaco y el alcohol son drogas legales, mientras que la marihuana, la heroína, la cocaína y las anfetaminas no lo son. En general, su consumo afecta los procesos de transmisión nerviosa, lo cual produce diversos efectos, como eliminar las sensaciones de fatiga, dolor y apetito; alterar la percepción de colores, olores, sabores y manifestación de alucinaciones; disminuir la coordinación motriz y reducir la rapidez de las respuestas reflejas; reducir la capacidad de aprendizaje, memoria y concentración; alterar el sueño y disminuir el placer sexual. El uso de drogas, además de la sensación de placer y tranquilidad, genera una tolerancia que lleva a incrementar cada vez más el consumo en cuanto a frecuencia y cantidad, o a combinar sustancias, lo cual supone mayores riesgos.

Lectura y análisis Con base en lo que acabas de leer sobre el sistema nervioso, elabora lo siguiente: 1. Un cuadro sinóptico de la clasificación del sistema nervioso, donde queden explicadas las funciones de cada componente.

2. Un esquema de la estructura de una neurona. 3. Un diagrama del mecanismo eléctrico y bioquímico de la transmisión nerviosa.

4.7 Reproducción y desarrollo Sistemas reproductores masculino y femenino Los sistemas reproductores masculino y femenino en la especie humana están constituidos por dos gónadas o glándulas sexuales, donde se producen los gametos, así como por una serie de conductos por donde circulan estas células y que posibilitan la copulación.

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Concepto clave Los testículos son las gónadas masculinas; producen los espermatozoides y hormonas que causan la aparición de caracteres sexuales secundarios.

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Unidad 4 Procesos en los animales

Sistema reproductor masculino

Conducto deferente

Epidídimo

Escroto

Figura 4.28 Órganos del sistema reproductor masculino. La vesícula seminal no se observa en el esquema por estar ubicada atrás de la vejiga urinaria.

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Las gónadas masculinas son los testículos; en ellos se realiza la espermatogénesis, o formación de espermatozoides. La cavidad abdominal cuenta con una temperatura en la que estas células no pueden desarrollarse; en cambio, los testículos son órganos externos que tienen una temperatura más baja y están protegidos por una bolsa, llamada escroto, donde se alojan. Dentro de un testículo hay una gran cantidad de finos conductos, denominados seminíferos. Las células de las paredes de los túbulos son las espermatogonias, que por meiosis dan origen a los espermatozoides; éstos, una vez formados, quedan dispuestos en la luz del tubo para ser expulsados hacia el epidídimo (un conducto más grueso que se sitúa sobre el testículo), donde se almacenan hasta el momento de ser eyaculados. La eyaculación implica contracciones musculares para la expulsión, por el pene, del líquido seminal que contiene los espermatozoides. Así, estas células salen del epidídimo hacia el conducto deferente, que penetra en la cavidad abdominal y da vuelta sobre la vejiga urinaria; en ese nivel, se une al conducto de salida de la vesícula seminal para formar un solo conducto, llamado eyaculador, el cual se une al que viene del otro testículo para formar la uretra, que recorre el pene para que salgan los espermatozoides. Aunque la uretra es un conducto que utilizan en común el sistema urinario y el reproductor, no funciona al mismo tiempo, ya que existe un esfínter en la base de la vejiga que se cierra para evitar la salida de orina durante la eyaculación. Glándula prostática Además de los conductos, el sistema reproductor masculino presenta tres juegos de glándulas: dos vesícuVejiga las seminales, que secretan un líquido con nutrientes para urinaria los espermatozoides; la próstata, que produce un líquido que amortigua la acidez tanto de la uretra (por los restos Glándula de orina) como de la vagina (donde serán depositados los esbulbouretral permatozoides durante la relación sexual), y dos glándulas bulbouretrales, que secretan un líquido que lubrica la Testículo uretra para proteger a los espermatozoides en su recorrido. El semen es el conjunto de estas secreciones, en las que van suspendidos los espermatozoides. El pene está formado por el tallo que termina en el glande o cabeza, e internamente se encuentra constituido por un tejido esponjoso y profusamente irrigado e inervado que, al llenarse de sangre, produce la erección necesaria para penetrar la vagina. El glande del pene está protegido por un repliegue cutáneo que se denomina prepucio. Además de producir los espermatozoides como un proceso permanente, el testículo es una glándula endocrina que produce, por la acción de la hipófisis anterior, hormonas de tipo andrógeno, de las cuales la más importante es la testosterona (figura 4.28).

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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo

Sistema reproductor femenino Las gónadas femeninas son los ovarios, situados en la cavidad abdominal. En ellos, particularmente en la corteza, se realiza la ovogénesis, o producción de óvulos, como un proceso cíclico controlado por las hormonas que el mismo ovario produce y por las que secreta la hipófisis anterior. Cada ovario se sostiene mediante ligamentos que lo mantienen prácticamente suspendido dentro de la abertura en forma de embudo de un conducto llamado oviducto. Los dos oviductos desembocan en el útero o matriz –donde tiene lugar el desarrollo embrionario si es que un óvulo fue fecundado–, que se abre en la vagina, la cual funge como conducto de entrada para los espermatozoides durante el acto sexual y como conducto de salida de óvulos no fecundados, o del niño Oviducto como canal del parto. Además de las gónadas y los conductos, que son órganos internos, el sistema reproductor femenino presenta órganos externos: los labios menores y mayores, que como repliegues de la piel sirven de protección, los primeros para las aberturas de Ovario la uretra y la vagina, y los segundos para toda el área genital; y las glándulas de Bartholin, ubicadas cerca de la abertura vaginal, que secretan un líquido que lubrica la zona durante el acto sexual. Tanto la vagina como los labios menores y el clítoris, que es un órgano homólogo al pene, son muy sensibles a la estimulación durante el acto sexual y producen una sensación de placer que lleva al orgasmo, el punto más alto del placer sexual (figura 4.29). Como ya mencionamos, la función reproductora femenina es cíclica; tiene una duración de 28 días, aproximadamente, y en general Labios menores comienza a los 12 o 13 años de edad. En la corteza del ovario se hallan las ovogonias, que por meiosis dan origen a los óvulos. El ciclo empieza por acción tanto de la hormona estimulante del folículo como de la luteinizante, producidas por la hipófisis anterior. El efecto de la primera es estimular la maduración de un óvulo cada ciclo, es decir, hacer que una ovogonia se transforme en ovocito primario y luego secundario. Esta transformación sucede dentro de un espacio llamado folículo, el cual está rodeado de células foliculares que producen estrógenos, que quedan como un líquido que circunda casi por todas partes al ovocito; de esta manera se forma un conjunto denominado folículo maduro. Mientras está en maduración el folículo, el estrógeno se encuentra en baja concentración, lo que inhibe la producción de hormonas por la hipófisis; pero cuando está por terminar la maduración, la concentración de estrógeno sube a su punto más alto y ejerce una acción positiva sobre esa glándula, la cual produce una mayor cantidad de sus dos hormonas. No se conoce la acción de la estimulante del folículo después de este momento, pero en lo que concierne a la luteinizante se sabe que ocasiona la secreción de enzimas que rompen la pared del folículo para dejar salir al ovocito secundario dentro

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Concepto clave El ovario es la gónada femenina; produce los óvulos y hormonas que ocasionan la aparición de caracteres sexuales secundarios y participan en el desarrollo embrionario durante el embarazo.

Útero

Vagina Labios mayores Figura 4.29 Órganos fundamentales del sistema reproductor femenino.

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Unidad 4 Procesos en los animales

150 g)

a)

f)

d)

e)

Figura 4.30 Esquema de un corte transversal del ovario, donde se señalan las fases del ciclo menstrual. a) Ovogonia rodeada por una capa de células foliculares. b y c) Ovocito primario en proceso de la maduración del folículo. Las células foliculares secretan el líquido folicular con estrógenos. d) Folículo maduro. El líquido folicular rodea casi por todos lados al ovocito secundario. e) Ovulación o salida del ovocito secundario del ovario al romperse las paredes del folículo. El ovocito caerá dentro de los oviductos. f) El folículo vacío se transforma en el cuerpo lúteo, el cual secreta la hormona progesterona y dura en funciones aproximadamente 10 días en cada ciclo. g) Si no hay fecundación, el cuerpo lúteo degenera y comienza un nuevo ciclo.

Tabla 4.1. Fases del ciclo menstrual.

del oviducto, proceso conocido como ovulación. El folículo vacío se transforma en una glándula transitoria llamada b) cuerpo lúteo. La hormona luteinizante, además de la ovulación, estimuc) la la producción de estrógenos y de la hormona progesterona por el cuerpo lúteo. La progesterona, al actuar sobre el útero, hace que el tejido que forma su pared interna, el endometrio, prolifere y se irrigue profusamente para quedar en condiciones de recibir al embrión en caso de embarazo (figura 4.30). Si en el ciclo no hubo fecundación, el ovocito se elimina y el cuerpo lúteo se degenera, además de que deja de producir progesterona, lo cual tiene dos efectos: 1) provocar que la hipófisis secrete nuevamente sus hormonas y comience un nuevo ciclo de maduración, y 2) que el tejido endometrial que se había formado se rompa y desprenda, lo cual constituye el sangrado menstrual. Si en el ciclo tuvo lugar una fecundación, el cuerpo lúteo no se degenera sino que continúa con su producción de progesterona durante tres meses para mantener el útero en condiciones adecuadas para la implantación y desarrollo del embrión. Esta producción de progesterona se lleva a cabo por acción de la hormona gonadotropina coriónica secretada por la parte embrionaria de la placenta. En la tabla 4.1 se sintetiza el ciclo menstrual con todas sus fases. Fase

Días

Menstruación

1-5

Maduración de un folículo

6-13

Ovulación y formación del cuerpo lúteo

14-17

Proliferación del endometrio

18-28

La fecundación (unión de los núcleos del óvulo y el espermatozoide) tiene lugar cuando el ovocito se halla aproximadamente en el último tercio del oviducto, de manera que desde ese momento empieza el desarrollo del embrión, que llega como tal al útero y se implanta en el endometrio para completar ahí su desarrollo.

Desarrollo embrionario Los animales se originan a partir de una célula: el cigoto, resultado de la fecundación. Con el cigoto comienza el desarrollo embrionario, en el cual se identifican varias etapas: Segmentación Esta etapa ha sido muy estudiada en el erizo de mar. Consiste en sucesivas divisiones celulares muy rápidas en las fases de duplicación del aDN, mitosis y citocinesis, pero muy lentas en las de formación de proteínas.

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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo

Así, a pesar de que el embrión pronto está constituido por miles de células, su tamaño no varía notablemente. Esta fase en que el embrión es una masa compacta de células pequeñas recibe el nombre de mórula. La mórula se hace hueca al aparecer una cavidad llamada blastocele llena de líquido. Esta fase en que el embrión es una esfera hueca y sus paredes son del grueso de una capa de células se conoce como blástula. Hasta este momento, todas las células del embrión son iguales (figura 4.31).

a)

Gastrulación Esta etapa ha sido estudiada principalmente en la rana. Durante esta fase, además de aumentar el número de células, empieza e) un proceso de diferenciación entre ellas hasta constituir un embrión, la gástrula, que sigue como una esfera hueca con una cavidad nueva, el arquenteron o intestino primitivo, y sus paredes formadas por tres capas celulares, el ectodermo hacia fuera, el endodermo recubriendo la cavidad y el mesodermo como una capa intermedia entre las otras dos. La gástrula se forma por movimientos de invaginación de las células de la blástula hacia el interior del blastocele, que termina perdiéndose para ser sustituida por la nueva cavidad. Las células que quedan fuera forman el ectodermo y las que se invaginan el endodermo. Al mismo tiempo, se compone de células invaginadas la capa intermedia o mesodermo. El aspecto del embrión sigue siendo una esfera hueca pero con un pequeño orificio donde las células se invaginaron, llamado blastoporo, como abertura del arquenteron (figura 4.32). Las tres capas de células embrionarias darán lugar posteriormente a los tejidos definitivos. Por mencionar algunos, del ectodermo derivarán la epidermis y el sistema nervioso; del mesodermo, Mesodermo Ectodermo el recubrimiento interno del tubo digestivo y del sistema respiratorio, y del mesodermo, los músculos, huesos, derBlastocele mis y sistema circulatorio. Formación de los primeros órganos A Endodermo a) b) partir de la gástrula con sus tres capas celulares se inicia la formación de los primeros órganos. En la parte media dorsal del embrión aparece un surco longitudinal, cuyos bordes se acercan para luego Arquenteron cerrarse y dejar formado un tubo ectodérc) d) mico en el interior, el tubo neural, que posteriormente dará origen al cerebro y la médula espinal. Justo abajo del tubo neural aparece un cordón de tejido mesodérmico, la notodorda, que será el eje principal del cuerpo. Cabe recordar que el sistema nervioso central dorsal y la notocorda son características esenciales de todos los cordados, aunque en los vertebrados se reduce para ser sustituida por la columna vertebral.

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b)

d)

c)

Blastocele

f)

Figura 4.31 Segmentación del cigoto o huevo hasta la formación de la blástula. a) Cigoto. b) Estado de dos blastómeros. c) Estado de cuatro blastómeros. d) Estado de ocho blastómeros. e) Estado de mórula: el embrión está formado por cientos de células compactadas. f) Estado de blástula: el embrión, aunque está formado por muchas células, casi no ha aumentado su tamaño. Se distingue de la mórula en que es hueco con una cavidad interna llamada blastocele.

Figura 4.32 Gastrulación. La blástula, que se transformará en gástrula, se observa en un corte para observar los movimientos celulares. a) Las células empiezan a diferenciarse unas de otras, con lo que forman regiones con células que se moverán hasta originar tres capas celulares. b) Las células de mesodermo se invaginan introduciéndose para quedar como una capa intermedia entre el ecto y el endodermo. c) El movimiento de las células mesodérmicas va reduciendo el blastocele, pero se va formando una cavidad nueva, el arquenteron o intestino primitivo. d) Terminación de la gastrulación.

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Unidad 4 Procesos en los animales

152 Surco neural Notocorda

Somitas

b)

Tubo digestivo

a)

c) Tubo neural

Celoma d) Figura 4.33 Formación del tubo neural y estructuras mesodérmicas. a) Corte transversal del embrión al terminar la gastrulación. b) a d) En el ectodermo dorsal se diferencian células que formarán un canal y finalmente el tubo neural. Bajo lo que será el tubo neural se forma el cordón mesodérmico, llamado notocorda, característica de los cordados, y en posición lateral paquetes celulares mesodérmicos, o somitas, en las que se forma el celoma, cavidad donde se alojarán los órganos internos o vísceras.

A los lados de la notocorda se forman las somitas, que son paquetes celulares que dan lugar a estructuras segmentarias, por ejemplo, las vértebras y sus músculos correspondientes. A partir de las somitas se construyen expansiones de tejido que van formando una cavidad, el celoma, que rodea al tubo digestivo y donde se alojarán las vísceras (figura 4.33). La formación de los diversos órganos y su desarrollo en los lugares precisos depende de actividades celulares como cambios de forma, por ejemplo, alargamientos; migraciones de un lugar a otro como las que se realizan en la gastrulación para formar las capas embrionarias; muerte celular programada, por ejemplo, de células en lo que serán las manos para separar los dedos; inducción, como el efecto que ejercen, mediante señales químicas, unas células sobre las que se encuentran cerca para que respondan diferenciándose, como corresponde al órgano a que darán lugar. Si consideramos que todas las células son iguales genéticamente, puesto que todas derivan del cigoto, la diferenciación que empieza a surgir entre ellas, de forma y función, según el tejido que integrarán, se debe a que las señales químicas que se envían a las células para indicar su posición y relación con otras células, ocasionan la aparición de unos genes y la inhibición de otros y, por tanto, su expresión diferente en cada caso. Así, se forman células tan distintas como una neurona, una fibra muscular o un glóbulo blanco. Desarrollo embrionario humano El desarrollo del embrión humano es similar en las primeras etapas a lo que se ha explicado respecto de la segmentación, pero presenta diferencias en las etapas posteriores. Después de la fecundación, el cigoto comienza su segmentación y forma una mórula y un blastocisto equivalente a la blástula, con la diferencia de que en una región se sitúa el botón embrionario como una agrupación de células que originarán el embrión; el resto del blastocisto dará lugar al trofoblasto, que es una capa de células con las que el embrión se implantará dentro del endometrio, aproximadamente a una semana de la fecundación (figura 4.34). a)

Figura 4.34 A los nueve días, el embrión humano se ha implantado en el endometrio, o pared uterina. Sólo un grupo de células del blastocisto darán origen al embrión, el resto de las células formarán las membranas extraembrionarias. a) Pared del útero. b) Amnios. c) Disco embrionario. d) Saco vitelino. e) Corion. f) Vaso sanguíneo del endometrio. En este momento el embrión es un disco plano que luego se cerrará; sólo quedará abierto en el cordón umbilical.

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f) b) c) e)

d)

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Tema 4.7 Reproducción y desarrollo

153

A partir del trofoblasto se formará la placenta, una estructura extraembrionaria de doble origen, una parte embrionaria, o corion, y una parte materna, el tejido uterino. A partir del botón embrionario se empiezan a diferenciar las tres capas ectodermo, mesodermo y endodermo, y el embrión cobra el aspecto de disco. De estas capas celulares, tanto del embrión como del trofoblasto, se originarán cuatro membranas extraembionarias que cumplen ciertas funciones sólo durante el desarrollo. Del ectodermo se deriva el amnios, como una bolsa que queda sobre el disco embrionario y que conforme crece va envolviendo al embrión. Éste deja de ser un disco al doblarse y adquirir una forma cilíndrica que se va cerrando. El amnios está lleno de líquido amniótico que, como amortiguador, protege al embrión y le permite que realice diversos movimientos. Del endodermo se forma el tubo digestivo, que queda dentro del embrión pero que se prolonga en una bolsa, el saco vitelino, fuera de él. Este saco acumula las sustancias nutritivas de las que se alimentará el embrión. En el caso de los embriones de aves y reptiles, el saco vitelino es lo que conocemos como yema, y es muy grande, puesto que el embrión se desarrolla fuera de la madre. Por su parte, en el embrión humano es muy reducido porque el embrión se alimentará directamente de la madre por medio de la placenta. De una parte posterior del tubo digestivo se forma otra membrana extraembrionaria, el alantoides, que realiza la excreción de desechos. Una parte del alantoides quedará como parte de la vejiga urinaria. El corion es otra membrana extraembrionaria que va a constituir la parte fetal de la placenta y tiene por función secretar la hormona gonadotropina coriónica que actúa sobre el cuerpo lúteo del ovario para que siga la producción de progesterona y el endometrio no se desprenda, lo que produciría un aborto. El cierre del embrión se realiza en la parte anterior y posterior, por lo que sólo queda abierto lo que será el cordón umbilical, que incluye el saco vitelino, y el alantoides, además de vasos sanguíneos con los que se establece la comunicación con la madre. De hecho, la sangre materna y la del embrión no están en contacto directo sino separadas por las múltiples vellosidades del corion. El oxígeno y los nutrientes se difunden igual que los desechos a través de estas vellosidades. La placenta es un órgano fundamental para el desarrollo del embrión, con funciones de fijación y sostén; de nutrición, respiración y excreción, así como de defensa contra la entrada de algunas sustancias extrañas y agentes infecciosos, aunque no totalmente; por ejemplo, no impide el paso del virus del sida o del alcohol, lo que puede dar lugar a alteraciones del desarrollo (figura 4.35).

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Figura 4.35 Aspecto del embrión al mes de desarrollo. a) Endometrio. b) Vasos maternos. c) Placenta. d) Saco vitelino. e) Amnios. f) Alantoides. g) Cordón umbilical. h) Vasos embrionarios. i) Lagunas sanguíneas. El embrión se ha cerrado y por el crecimiento del amnios queda envuelto por el líquido amniótico. El embrión se abre por el cordón umbilical hacia la placenta, formada por la parte embrionaria (corion) y la parte materna. La sangre materna y la embrionaria no se mezclan, pero sus respectivos vasos quedan muy cerca y en relación con las lagunas sanguíneas, de donde se difunden nutrientes y oxígeno hacia el embrión y desechos hacia

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Unidad 4 Procesos en los animales

Al mes de desarrollo el embrión tiene unos 7 milímetros (mm) de longitud, ya ha formado las membranas extraembrionarias y las tres capas embrionarias se han diferenciado formando el tubo neural, la notocorda y las somitas. Al terminar el primer trimestre, las somitas ya se han desarrollado en huesos y músculos, la cabeza se ha formado, aunque muy grande respecto del resto del cuerpo y ya se distinguen brazos y piernas que puede mover. En el segundo trimestre, el feto crece aumentando a unos 20 centímetros (cm) de longitud y ha perfeccionado gran parte de sus estructuras y órganos; por ejemplo, los ojos ya están abiertos con cejas y pestañas, los dedos ya tienen uñas, es posible escuchar con claridad el latido de su corazón, se forman los dientes. En el último trimestre el feto prácticamente crece, aunque todavía hay algunos cambios, por citar algunos, los sistemas circulatorio y respiratorio se preparan para respirar aire. El feto ya no es tan activo porque el espacio amniótico es insuficiente y se mantiene en la llamada posición fetal. Al nacer ha alcanzado una longitud de unos 50 cm y aproximadamente unos 3.5 kilogramos (kg). El nacimiento del niño implica varias etapas, en las que las hormonas desempeñan un papel fundamental. En la llamada labor de parto, que dura aproximadamente de 6 a 12 horas, los estrógenos que se encuentran en un nivel alto estimulan la formación de receptores de oxitocina en el útero. La hipófisis produce esa hormona, cuya función es causar contracciones fuertes del músculo liso del útero, las cuales se presentan cada vez con más intensidad y frecuencia para acomodar al niño en posición de salida. Al tiempo que se dan las contracciones uterinas, el cervix o cuello uterino se dilata a más o menos unos 10 cm. Al alcanzar el cuello uterino este diámetro, se inicia la etapa de expulsión, en la que el médico anuda y corta el cordón umbilical. La última fase se presenta unos 15 minutos después, con la expulsión de la placenta. Al descender la progesterona en la sangre materna, la hipófisis secreta la hormona prolactina, que estimulará a las glándulas mamarias para que produzcan leche.

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Resumen de la unidad 4

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Lectura y análisis Con base en lo que acabas de leer sobre reproducción y desarrollo, realiza lo siguiente: 1. Elabora un esquema de los sistemas reproductores masculino y femenino en la especie humana, donde señales los órganos que los forman. 2. ¿Cómo está constituido el líquido seminal y cuál es su función? 3. ¿Cuáles son las funciones del ovario y los testículos? 4. ¿Cuáles son las hormonas de la hipófisis que controlan el ciclo menstrual?

5. ¿Qué sucede durante las diferentes etapas del ciclo menstrual? 6. Elabora un esquema de las etapas de segmentación, y gastrulación de un embrión. 7. ¿Qué tejidos se forman en el embrión a partir de las tres capas celulares de la gástrula? 8. ¿Cuál es la función de las membranas extraembrionarias del embrión humano?

Resumen de la unidad 4 En esta unidad se tratan los principales procesos realizados por los animales para su nutrición, su relación con el medio externo y su reproducción. Esos procesos se estudian particularmente en los animales vertebrados y se ejemplifican con la estructura y función de los sistemas de órganos humanos. La estructura compleja de los animales se ha desarrollado en sistemas orgánicos que permiten la realización eficiente de las funciones biológicas en las células; por ejemplo, la nutrición es un proceso celular que implica el proceso de digestión de los alimentos en el sistema digestivo, el paso de los alimentos digeridos a la circulación sanguínea, que los transportará a cada célula. Lo mismo sucede con la respiración, que se realiza en las células, pero para que éstas obtengan el oxígeno necesario deben contar con los sistemas respiratorio y circulatorio que transportan el oxígeno hasta ellas.

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La vida de los organismos pluricelulares, en este caso de los animales, depende de que cada célula realice sus funciones, para lo cual los sistemas excretor, endocrino y nervioso contribuyen a mantener un medio interno regulado o controlado, el primero, además de eliminar desechos del metabolismo, recuperando agua y sustancias que son útiles al organismo; el segundo, controlando procesos como el crecimiento, los ciclos reproductores y la concentración de diversas sustancias en la sangre, y el tercero, poniendo el organismo en relación con los cambios del medio externo e interno con el fin de coordinar las respuestas más adecuadas y, por ende, la sobreviviencia. Para el estudio de cada sistema se abren pequeños apartados, donde se exponen subtemas relativos al cuidado y la prevención de trastornos de su funcionamiento, importantes para su conocimiento y discusión.

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Unidad 4 Procesos en los animales

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Glosario Aceptor. En las reacciones químicas, por ejemplo de oxidorreducción, unas sustancias liberan electrones que otras aceptan. El oxígeno es el último aceptor de electrones en la cadena de oxidorreducción de la respiración.

Fagocitocis. Proceso por el que las células engloban partículas alimenticias, gracias a movimientos de su membrana celular, de manera que la partícula quede encerrada en una vesícula llamada vacuola digestiva.

Edema. Proceso inflamatorio debido a que líquido de los vasos sanguíneos sale hacia los espacios intercelulares.

Glucoproteína. Proteína compleja asociada a moléculas de carbohidratos.

Emulsificante. Sustancia que fragmenta las gotas grandes de grasa en otras muy diminutas. En la nutrición, la bilis emulsiona los alimentos grasos para que, reducidos a pequeñas gotas, puedan ser digeridos por las enzimas.

Inmunitario. Relativo a los procesos de inmunidad o defensa del organismo contra la entrada y acción de agentes externos, sean sustancias u organismos.

Esfínter. Células musculares que, al contraerse, abren o cierran un conducto, con lo que regulan el paso de lo que circula por él.

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Retinopatía. Enfermedades y trastornos de la retina, que es la capa de células nerviosas del ojo donde se captan los estímulos para la visión.

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Branquias

Enzimas

Químico

Intercambio de gases

Pulmones

Tráqueas

Nutrientes

Ventilación

Procesamiento de alimentos

Mecánico

Transporte

Respiratorio

Digestivo

Agua y sustancias útiles

Reabsorción

Desechos

Eliminación

Excretor

Excreción

Homeostasis

Defensa

Desechos

Gases de la respiración

Circulatorio

Respiración

Digestión

Circulación sanguínea

Estímulos externos

Estímulos internos

Control de respuestas

Comunicación

Control de procesos

Continuidad

Reproductor

Reproducción

Conservación de características de la especie

Formación de nuevos individuos

Nervioso

Relación

Endocrino

Regulación

Procesos en los animales

Mapa conceptual de la unidad 4

Resumen dela unidad 4 157

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Unidad 4 Procesos en los animales

Evaluación sumativa de la unidad 4 1. La digestión mecánica de los alimentos consiste en…

( )

a) Triturar los alimentos hasta formar fragmentos pequeños. b) Descomponer los alimentos en moléculas simples. c) Combinar los alimentos en el bolo alimenticio. d) Emulsionar los alimentos en la boca. e) Triturar los alimentos hasta formar moléculas simples. 2. La digestión química sobre los alimentos se realiza por acción de enzimas producidas en glándulas salivales… ( ) a) Del hígado, estómago, intestino y páncreas. b) Del estómago y emulsificantes producidos en el páncreas. c) Del estómago, intestino y páncreas y emulsificantes producidos en el hígado. d) Gástricas, pancreáticas y por hormonas producidas en el estómago. e) Jugos gástrico e intestinales. 3. ¿Qué proceso hace muy eficiente el transporte de gases de la respiración en las branquias de los peces? ( ) a) Que el oxígeno pasa directamente del agua a la sangre. b) Que las paredes branquiales son muy delgadas y húmedas. c) Que la sangre en el agua que hay en las branquias corre en igual dirección. d) La dirección contraria de la circulación del agua y la sangre. e) Que el oxígeno disuelto en agua se difunde más rápido en la sangre. 4. ¿Cómo se transporta el bióxido de carbono en la sangre?

( )

a) Combinado con la hemoglobina de los glóbulos rojos. b) Como bicarbonato en los glóbulos amortiguando el pH de la sangre. c) Como bicarbonatos en el plasma amortiguando el pH de la sangre. d) Combinado con el plasma en forma de carbohemoglobina. e) En los glóbulos blancos como ácido carbónico. 5. ¿Qué tipo de sangre conducen las arterias pulmonares y hacia dónde la llevan?

( )

a) Arterial, del pulmón al corazón. b) Con bióxido de carbono, del corazón a los pulmones. c) Con oxígeno, de los pulmones al corazón. d) Venosa, de las aurículas al pulmón. e) Con oxígeno, de los pulmones a los ventrículos. 6. ¿Qué proceso sucede en el asa de Henle de las nefronas?

( )

a) La filtración de desechos de la sangre. b) La filtración de iones de calcio y agua de la sangre. c) La eliminación de la orina hacia los vasos colectores. d) La formación de la orina con los desechos del metabolismo. e) La reabsorción de agua y sustancias útiles a la sangre.

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Evaluación sumativa de la unidad 4

7. Las hormonas se distinguen de los neurotransmisores porque…

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( )

a) Circulan en la sangre para actuar a distancia sobre células blanco. b) Actúan directamente sobre las células blanco. c) Desencadenan una respuesta celular inmediata. d) Producen reacciones homeostáticas en la sangre. e) Controlan los efectos de estímulos externos en las células. 8. Alcanzar el potencial de acción en la transmisión nerviosa implica que…

( )

a) Se cierren los canales de sodio y potasio de la membrana. b) La membrana se cargue eléctricamente. c) La membrana celular esté envuelta por mielina. d) Se invierta la carga eléctrica de la membrana. e) Se abran todos los canales de iones de la membrana. 9. ¿Cuál es la función de la progesterona del cuerpo lúteo?

( )

a) La anticoncepción. b) Regular las fases del desarrollo embrionario. c) Estimular al hipotálamo para la producción de más progesterona. d) La proliferación del endometrio para un posible embarazo. e) Impedir la implantación del embrión. 10. ¿Cómo se explica la diferenciación de las células en los tejidos durante el desarrollo  embrionario?

( )

a) Por la acción de hormonas del hipotálamo. b) Por la activación e inhibición de diversos genes. c) Porque cada célula tiene diferente información genética. d) Porque las hormonas del ovario actúan de manera diferente en cada célula. e) Por la acción cíclica de las hormonas hipofisiarias.

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