El Sistema Nervioso

Funciones del Sistema Nervioso

El sistema nervioso es el encargado de recibir señales, transformarlas en impulsos y transmitirlas a través del cuerpo de los organismos. Está formado por células nerviosas denominadas neuronas y células que contribuyen al soporte y nutrición de las neuronas, las células de neuroglia.

Para que el sistema nervioso realice sus funciones se precisan tres tipos de elementos:

• Receptores: Son células sensoriales capaces de percibir modificaciones tanto del medio interno como del externo y generar impulsos o mensajes nerviosos.
• Circuitos neuronales: Están localizados en los centros nerviosos donde se reciben los mensajes sensoriales, se interpretan, se integran y se elaboran las respuestas nerviosas apropiadas.
• Efectores: Son estructuras como los músculos y las glándulas encargadas de ejecutar las órdenes nerviosas elaboradas como respuesta a un estímulo externo o interno.

Tipos de Neuronas

• Neuronas sensitivas o aferentes: Permiten el paso de los mensajes generados en los receptores sensoriales y órganos de los sentidos hasta los centros nerviosos.
• Interneuronas: Forman circuitos que conectan las neuronas aferentes con las neuronas eferentes, se localizan en los centros nerviosos.
• Neuronas motoras o eferentes: Llevan los mensajes desde los centros nerviosos hasta los órganos efectores (músculos y glándulas).

Células de Schwann

Las células de Schwann están formadas por membrana plasmática rica en una materia lipídica llamada mielina y poco citoplasma. Esta membrana plasmática se enrolla alrededor de los axones formando una capa llamada vaina de mielina que presenta unas discontinuidades denominadas nódulos de Ranvier.

Evolución del Sistema Nervioso

• Aumenta el número de células nerviosas.
• Se produce la cefalización o concentración de neuronas en el extremo anterior del animal.
• Aumenta el número de interneuronas y de los contactos entre ellas, las sinapsis.
• Las células nerviosas se especializan para realizar distintas funciones.

Estructura del Sistema Nervioso

Sistema Nervioso Central

Formado por el encéfalo, localizado en el cráneo, y la médula espinal dentro de la columna vertebral. Constituye un centro de control que integra la información que le llega y determina las respuestas apropiadas.

Sistema Nervioso Periférico

Constituido por los nervios craneales y espinales y por los ganglios nerviosos periféricos. Relaciona el sistema nervioso central con los diferentes órganos. El sistema nervioso periférico se divide en:

• Sistema nervioso somático:
• Sistema nervioso autónomo o vegetativo: Posee dos tipos de vías nerviosas o nervios: simpáticos y parasimpáticos que ejercen una función antagónica.

Sistema Nervioso Central

Está constituido por el encéfalo y la médula que se encuentran alojados y protegidos por el cráneo y la columna vertebral. Ambas estructuras están rodeadas por tres membranas, las meninges, que se denominan de fuera a dentro: duramadre, aracnoides y piamadre. Entre las dos últimas se encuentra el líquido cefalorraquídeo que actúa como amortiguador contra los golpes. En el interior del encéfalo se localizan cuatro cavidades o ventrículos comunicados entre sí que se prolongan por el epéndimo, un pequeño conducto que recorre longitudinalmente la médula espinal por el centro.

Estructura del Cerebro

La parte interior del cerebro está formada por axones con mielina que constituyen la materia blanca. La parte exterior o corteza cerebral está integrada por cuerpos neuronales y axones sin mielina, lo que le proporciona color grisáceo, es la materia gris. Las circunvoluciones son los repliegues que posee la corteza cerebral que aumentan considerablemente su extensión sin aumentar el volumen. En el cerebro existe un gran surco que lo divide en dos mitades llamadas hemisferios derecho e izquierdo. También existen otras hendiduras que se denominan cisuras y surcos. Las cisuras permiten distinguir cuatro regiones en cada hemisferio: lóbulo frontal, parietal, temporal y occipital.

Funcionamiento del Cerebro

Los dos hemisferios cerebrales están conectados por haces de fibras nerviosas (sustancia blanca) de los que el más importante es el cuerpo calloso. En las zonas sensoriales de la corteza se produce el análisis de los estímulos sensoriales, su integración en las zonas de asociación y en las zonas motoras se elaboran las órdenes motoras voluntarias.

Estructura y Funciones de la Médula

La médula está formada por cuerpos neuronales o sustancia gris y por axones mielínicos o sustancia blanca. La sustancia gris en el interior y la blanca rodeándola. La médula tiene dos funciones fundamentales:

• Es el centro de muchos actos reflejos somáticos y vegetativos.
• Es la vía de comunicación entre la periferia y el encéfalo a través de los nervios raquídeos.

La elaboración de respuestas en la médula se basa en la existencia de los arcos reflejos medulares.

Actividad Motora del Sistema Nervioso Central

El sistema nervioso central controla y coordina toda la actividad motora que incluye:

• Movimientos simples: como un acto reflejo defensivo en los que solo interviene la médula, son involuntarios e inconscientes.
• Movimientos complejos: como una conducta motora elaborada en los que intervienen la médula y diversas estructuras del encéfalo, son voluntarios, conscientes y precisan un aprendizaje previo.

Acto Reflejo

En las respuestas reflejas o actos reflejos el estímulo recorre el camino más corto desde el receptor al efector a través del sistema nervioso central. La cadena de neuronas que intervienen en esta acción se denomina arco reflejo. Por tanto, un arco reflejo está formado como mínimo por: receptor, neurona sensitiva, neurona efectora o motora y efector.

Sistema Nervioso Periférico

Está formado por los nervios que nacen en el cráneo y en la médula espinal y que permiten la comunicación entre el medio externo o interno y el sistema nervioso central. Los nervios pueden incluir dos tipos de vías:

• De entrada o sensitiva: Provienen de los receptores sensoriales repartidos por todo el cuerpo. Están formadas por los axones de las neuronas que llevan los mensajes desde la periferia hacia el sistema nervioso central.
• De salida o motoras: Formadas por los axones de las neuronas por las que viajan las órdenes desde el sistema nervioso central hacia los órganos efectores: músculos y glándulas.

Los nervios, según su función, pueden ser motores, sensitivos o mixtos según tengan axones motores, sensitivos o de ambos tipos.

Según sea el recorrido de sus fibras y la función que realiza, el sistema nervioso periférico se divide en:

• Sistema nervioso somático: Está formado por los nervios que unen el sistema nervioso central con los órganos receptores y efectores. Es el responsable de las acciones voluntarias como el movimiento corporal o la vida de relación.
• Sistema nervioso vegetativo o autónomo: Controla las funciones fisiológicas básicas o involuntarias. Actúa sobre el músculo cardíaco, el músculo liso o involuntario y las glándulas de secreción.

Sistema Nervioso Vegetativo

Se divide en:

• Sistema nervioso vegetativo simpático: Es especialmente importante en situaciones de emergencia para las que se necesita un aporte extra de energía al sistema muscular esquelético y un mejor funcionamiento de los sistemas de alerta.
• Sistema nervioso vegetativo parasimpático: Desempeña una función relevante en situaciones que impliquen reposo, relajación y aprovechamiento energético.

Transmisión del Impulso Nervioso

La Neurona en Reposo

Cuando no hay estímulo se dice que la neurona está en reposo y su membrana está polarizada ya que existe mayor carga o iones positivos en el exterior que en el interior. El potencial de reposo es la diferencia de potencial entre el exterior y el interior de la membrana.

Neurona Activada

El potencial de acción es la diferencia de potencial en el momento en el que cambia la polaridad de la membrana de manera que el interior de la neurona se hace positivo y el exterior negativo. Entonces se dice que la membrana está despolarizada.

Propagación del Impulso Nervioso

Es el desplazamiento del mensaje nervioso a lo largo del axón a causa de que la inversión de la polaridad en un punto de la membrana estimula las zonas próximas generando en ellas el mismo fenómeno.

Sinapsis

Estructuras especializadas que hacen que los impulsos nerviosos se propaguen entre las neuronas. La sinapsis se compone de tres elementos:

• Elemento presináptico o botón sináptico: Engrosamiento de la parte terminal del axón de la neurona por la que llega el impulso. Neurotransmisores: vesículas que contienen sustancias químicas excitadoras o inhibidoras.
• Hendidura sináptica: Espacio que separa el elemento presináptico del elemento postsináptico.
• Elemento postsináptico: Zona de la membrana de la neurona postsináptica que tiene receptores específicos a los que se unen los neurotransmisores.

Transmisión Sináptica

La llegada de un impulso nervioso al botón sináptico provoca una entrada de cationes de calcio desde el exterior. Esto hace que algunas de sus vesículas liberen por exocitosis moléculas de neurotransmisor a la hendidura sináptica. Si el neurotransmisor es excitador se une a sus receptores postsinápticos provocando la despolarización de la membrana y la propagación del mensaje nervioso. Si el neurotransmisor es inhibidor, la unión a sus receptores provoca que el interior de la membrana se haga todavía más negativo (hiperpolarización).

Sistema Endocrino

Es el conjunto de células, tejidos y órganos, incluyendo las glándulas endocrinas, que reciben este nombre porque segregan hormonas en el fluido circundante o en la sangre. Las hormonas son sustancias que actúan como mensajeros químicos responsables de regular muchos procesos químicos.

Mensajes Químicos en Animales

Los animales poseen una gran variedad de sustancias químicas que controlan y coordinan diversos aspectos de su vida. Existen tres tipos de señales químicas:

• Hormonas: Pasan a la sangre y son transportadas a todas las células del organismo, es la regulación endocrina. Las células neuroendocrinas producen neurohormonas, unas sustancias que actúan de mensajeros químicos entre el sistema nervioso y el sistema endocrino.
• Endorfinas, prostaglandinas e histaminas: Son sustancias químicas segregadas por células capaces de ejercer su acción tan solo en las células próximas. Este tipo de regulación se denomina paracrina.
• Feromonas: Son mensajeros químicos para el intercambio de información entre distintos organismos. Desempeñan un papel importante en las respuestas de atracción sexual.

Sistema Endocrino en los Seres Humanos

Las funciones más importantes son:

• Mantenimiento de la homeostasis o control de las distintas constantes que permiten el funcionamiento óptimo de un organismo.
• Respuesta al estrés: junto con el sistema nervioso contribuye a que el organismo controle el nivel de atención.
• Control del crecimiento y del desarrollo sexual y la reproducción.

Tipos de Hormonas

• Derivadas de aminoácidos: Son las hormonas tiroideas y las de la médula adrenal.
• Derivadas de ácidos grasos: Como las prostaglandinas.
• Esteroides: Pertenecen a este grupo las hormonas sexuales y las de la corteza suprarrenal.
• Peptídicas: Es el grupo más numeroso. La oxitocina y la hormona antidiurética producidas por las células neuroendocrinas, el glucagón, la secretina, la hormona adrenocorticotropa, la calcitonina y la insulina. Todas estas hormonas son hidrosolubles excepto las de tipo tiroideas que son liposolubles.

Regulación Hormonal por Retroalimentación

La cantidad de hormonas activas en la sangre se regula de dos formas:

• Activando o inhibiendo su síntesis y secreción.
• Modificando la velocidad con que es metabolizada o eliminada del organismo.

Estos mecanismos tienen que estar compensados o de lo contrario se producirán niveles anormalmente altos o bajos de una determinada hormona en la sangre. Este mecanismo de regulación hormonal se conoce como retroalimentación negativa.

Respuestas Vegetales a los Estímulos Externos

Las respuestas de las plantas ante los cambios ambientales, limitadas sobre todo por su inmovilidad, se plasman fundamentalmente en la variación de los patrones de crecimiento. Los movimientos de las plantas se caracterizan por cambios o modificaciones en el tamaño de una célula o de un grupo de ellas. Si los cambios son permanentes e irreversibles y conllevan el crecimiento de la planta se denominan tropismos. En cambio, si los cambios son temporales y reversibles se denominan nastias.

Tropismos

Respuestas de los vegetales provocadas por un estímulo externo que determina la dirección del movimiento. Se considera positivo cuando la planta se desplaza hacia el estímulo y negativo cuando lo hace en dirección contraria.

Geotropismo

Es una respuesta de la gravedad. La raíz se dobla y crece hacia abajo (geotropismo positivo) mientras que el tallo siempre lo hace hacia arriba (geotropismo negativo). La respuesta de la raíz hacia la gravedad está relacionada con la disposición de los amiloplastos de las células centrales de la cofia de la raíz.

Fototropismo

Respuesta vegetal. La curvatura hacia la luz de los brotes de los ápices en crecimiento. Este alargamiento está producido por la hormona auxina.

Tigmotropismo

Respuesta vegetal ante un contacto como la respuesta de las plantas carnívoras cuando una presa se deposita sobre ellas o la disposición que adquieren los tallos que se enrollan alrededor de un eje.

Heliotropismo

Capacidad que tienen algunas hojas y flores de ciertas plantas, tales como los girasoles, el algodón o la soja, para seguir los cambios de posición del sol.

Nastias

Movimientos predeterminados de las plantas en respuesta a un estímulo e independientes de la dirección de este (planta mimosa). Los dondiegos de noche se pliegan o cierran y despliegan periódicamente. Estas variaciones muestran un ritmo circadiano o diario. Otro ejemplo de nastias es el movimiento que experimentan las plantas carnívoras cuando se posa una presa, al contacto con el insecto se pliegan y se cierran atrapándolo.

Ritmos Circadianos

Las plantas abren sus hojas o sus flores y sus estomas por la mañana y las cierran por la noche o viceversa, esto se denomina ritmos circadianos. También la fotosíntesis, la producción de auxinas y la frecuencia de la división celular siguen ritmos diarios.

Fotoperiodo y Floración

Las diferencias en el número de horas de luz diaria a lo largo del año condicionan algunas respuestas de las plantas. Por ejemplo, existen plantas que solo florecen en determinadas condiciones de iluminación u oscuridad. Este tipo de respuesta se denomina fotoperiodicidad.

Plantas de Día Corto y de Día Largo

Las plantas que florecen solo cuando el número de horas de luz es escaso se denominan plantas de día corto o plantas de noche larga porque su floración se produce solo después de un periodo interrumpido de oscuridad. En cambio, las plantas que necesitan días con muchas horas de luz para crecer se denominan plantas de día largo. Por último, también existen las plantas de día neutro que florecen independientemente de la duración del día.

Respuestas de las Plantas frente a las Agresiones

Las plantas son capaces de defenderse frente a virus, animales depredadores y microorganismos como bacterias y hongos. Entre los mecanismos de protección de las plantas contra agresiones externas destacan las barreras físicas como espinas, hojas con pelos urticantes, etc.

Protección Química

Las plantas producen dos tipos de sustancias químicas:

• Primarias: Necesarias para el crecimiento y la regulación de procesos.
• Secundarias: Moléculas que contribuyen a la supervivencia porque repelen, matan o interfieren en la actividad de los organismos que se alimentan de plantas.

Medicamentos Obtenidos de las Plantas

Los compuestos secundarios producidos por las plantas se utilizan en la industria farmacéutica. Se extraen y se purifican para convertirse en medicina, por ejemplo, la aspirina, la digitalina o los principales componentes de los anticonceptivos que se obtienen de las batatas.

Delimitación de Zonas Dañadas

Además de producir sustancias secundarias, las plantas poseen una segunda estrategia defensiva. Cuando sufren el ataque de un organismo producen sustancias tóxicas en la zona que ha sido invadida. También taponan los vasos del xilema y del floema más próximos con savia pegajosa o resinas para aislar la zona dañada y evitar que la infección se transmita a otras partes del vegetal.