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Órganos y sistemas de los animales Las cavidades del cuerpo de los vertebrados con- tienen muchos de los ór- ganos del cuerpo. Estos órganos funcionan de manera coordinada para realizar tareas esenciales para la supervivencia y la repro- ducción. Todos los vertebrados tienen el mismo conjunto de sistemas de órganos. Piel La piel humana es un ejem- plo de sistema de órganos. Tiene capas epiteliales, tejido conectivo, tejido adiposo, glándulas, vasos sanguíneos y receptores sen- soriales. Protege al cuerpo contra las lesiones e infecciones, detecta los estímulos externos y ayuda a la conservación de agua y al control de la temperatura. Actividades de integración La retroalimentación nega- tiva ayuda a la homeostasis del cuerpo. La comunicación intracelular hace posible que las diversas partes del cuerpo cooperen en las tareas. Este tipo de comuni- cación a menudo incluye mensajes químicos que se enlazan con receptores de membrana y modifican el comportamiento de las células. Tejidos, órganos y sistemas animales Células madre Es probable que algún día la manipulación de células madre nos permita formar nuevas partes del cuerpo para reemplazar las que se han perdido por accidente o enfermedad. Las células madre son células que tienen la capaci- dad de autorregenerarse (figura 28.1). Una célula madre se puede dividir y producir más células madre 1 , o puede diferenciarse en una de las células especializadas que caracterizan a determinadas partes del cuerpo 2 . Todas las células del cuerpo se derivan de las células madre. Las células madre embrionarias se forman poco después de la fertilización, cuando las divisiones celulares producen un nuevo grupo de células. Antes de que el grupo se implante en la pared del vientre materno, cada célula puede desarrollarse como uno de los distintos tipos de células que encontramos en el cuerpo adulto. En contraste, las células madre presentes en los adultos están especia- lizadas. Las células descendientes que producen sólo se pueden diferenciar dentro de una variedad limitada de células. Por ejemplo, las células madre de la médula ósea de los adultos pueden transformarse en células san- guíneas, pero no en células musculares ni en células nerviosas. Las células que tu cuerpo reemplazará muchas veces a lo largo de tu vida, por ejemplo las células de la piel y las células sanguíneas, provienen de células madre adultas. Sin embargo, los adultos tienen pocas células madre capaces de fabricar células musculares o nerviosas. De este modo, a diferencia de la piel y la sangre, los nervios y los músculos no son reem- plazados cuando se dañan o mueren. Es por esto que una lesión en los nervios de la médula espinal puede provocar una parálisis permanente. Es imposible que crezcan nuevos nervios para reemplazar los dañados. En teoría, las células madre embrionarias podrían emplearse para pro- ducir nuevas células nerviosas. Los primeros estudios clínicos para probar la factibilidad de este tipo de tratamientos están llevándose a cabo en la actua lidad. Uno de los estudios de este tipo consiste en inyectar células madre a los pacientes que recién se han lesionado la médula espinal. Otros estudios se están empleando células madre para salvar la vista de personas con una afección degenerativa común que produce ceguera. Los tratamien- tos con células madre embrionarias también podrían ser útiles en personas con afecciones nerviosas y musculares, como enfermedades cardiacas, distrofia muscular o mal de Parkinson. célula tipo 3 célula tipo 1 célula tipo 2 o o célula madre célula madre célula madre célula madre célula madre diferenciaciónmitosis 21 Figura 28.1 Células madre. Cada célula madre puede dividirse para formar nuevas células madre o diferenciarse para dar lugar a tipos de células especializadas. Página opuesta: una colonia de células madre embrionarias humanas creciendo en el laboratorio en la Universidad de Pittsburgh. A pesar de lo prometedor de tratamientos con células madre embrio- naria s, algunas personas se oponen a ellos porque para obtener este tipo de células es necesario destruir embriones humanos no implantados. Quienes se oponen a las investigaciones con células madre embrionarias opinan que los científicos deben centrar su atención en las células madre adultas. Hace poco los científicos descubrieron que podían coaccionar a algunas células adultas para que regresaran el reloj. Al inyectar genes o proteínas a las células, lograron que se asemejaran a las células madre embrionarias. ¿De verdad estas células adultas modificadas serán equivalentes a las células madre embrionarias? ¿Será posible emplearlas para no tener que cultivar células madre embrionarias? Tal vez sea así, aunque hay muchas preguntas sin resolver. Aún desconocemos si las células madre tratadas pueden trasplantarse con seguridad al cuerpo humano, o si se comportarán del mismo modo que las células embrionarias en ese contexto. Por ahora, los científicos mantienen abiertas diversas opciones. Algunos desarrollan y prueban tratamientos con células madre embrionarias, mien- tras que otros buscan la manera de hacer que las células adultas funcionen como un sustituto seguro y eficaz de las células madre embrionarias. célula madre Célula capaz de dividirse para producir más células madre o dife- renciarse en tipos especializados de células. biologia_28_c28_p448-465.indd 449 11/13/12 2:54 PM 450 Unidad 6 Cómo funcionan los animales ❯ La mayoría de los cuerpos de los animales tiene niveles múltiples de organización, con células organizadas en tejidos, órganos y sistemas de órganos. ❯ Las restricciones físicas y la historia evolutiva influyen en la estructura y el funcionamiento de las partes del cuerpo. ❮ Vínculos a Niveles de organización de la vida 1.2, Uniones celulares 4.11, Difusión 5.6, Adaptación a la vida terrestre 24.4 Organización del cuerpo de los animales28.2 Figura 28.2 Niveles de organización en el cuerpo de los vertebrados (humanos). D Sistema de órganos (sistema circulatorio) E Organismo (humano) A Célula (células musculares) B Tejido (músculo cardiaco) C Órgano (corazón) Niveles de organización En todos los animales, el desarrollo da lugar a un cuerpo con células de diversos tipos (figura 28.2A). En la mayoría de los animales, las células de diferentes tipos, y a menudo la matriz extracelular, forman tejidos (figura 28.2B). Las uniones celulares de los tipos descritos en la sección 4.11 suelen conectar a las células en un tejido. Mantienen a las células en su sitio y les permiten cooperar para efectuar diversas tareas específicas. En el cuerpo de todos los vertebrados se observan cuatro tipos de tejidos: 1. El tejido epitelial cubre las superficies del cuerpo y recubre las cavidades internas como el intestino. 2. El tejido conectivo mantiene unidas las partes del cuerpo y les da apoyo estructural. 3. El tejido muscular mueve el cuerpo o sus partes. 4. El tejido nervioso detecta los estímulos y transmite información. Diferentes tipos de células caracterizan a los diversos tejidos. Por ejemplo, en el tejido muscular hay células contráctiles, pero no se observa su presencia en el tejido nervioso ni en el tejido epitelial. En general, los tejidos animales están organizados en órganos. Un órgano es una unidad estructural formada por dos o más tejido s organizados de manera específica, y que es capaz de llevar a cabo una determinada tarea. Por ejemplo, el corazón humano es un órgano, e incluye los cuatro tipos de tejidos (figura 28.2C). La pared del corazón está constituida en su mayor parte por el tejido muscular cardiaco. Hay una cubierta de tejido conectivo alrededor del corazón, y las cámaras internas del mismo están recubiertas de tejido epitelial. El tejido nervioso conduce señales al corazón y procedentes de él. En los sistemas de órganos, dos o más órganosy otros compo- nentes tienen interacciones químicas, físicas o de ambos tipos para realizar una tarea común. Por ejemplo, la fuerza generada por el corazón al latir desplaza la sangre por el sistema de vasos sanguí- neos que se extiende por todo el cuerpo (figura 28.2D). Múltiples sistemas de órganos sostienen al organismo (figura 28.2E). El ambiente interno La mayor parte del cuerpo del animal consta de agua con sales, proteínas y otros solutos disueltos en ella. La masa principal de este líquido corporal reside en el interior de las células. Lo restante cons tituye el líquido extracelular (LE), el cual funciona como ambiente interno del organismo. El líquido extracelular baña las células y les suministra las sustancias necesarias para que permanezcan vivas. También recibe los desechos y desperdicios celulares. En los vertebrados, el líquido extracelular está compuesto de líquido intersticial (líquido en los espacios entre las células) y plasma (la parte líquida de la sangre). Las células sólo pueden sobrevivir si las concentraciones de soluto y la temperatura del ambiente interno permanecen dentro de cierto rango. Mantener las condiciones del ambiente interno dentro de este rango es un aspecto importante del proceso lla- mado homeostasis. biologia_28_c28_p448-465.indd 450 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 451 líquido extracelular En un organismo pluricelular, líquido que se encuen- tra fuera de las células; sirve como ambiente interno del cuerpo. líquido intersticial En un organismo pluricelular, líquido corporal en los espacios entre las células. plasma Parte líquida de la sangre. Para repasar en casa ¿Cómo están organizados los cuerpos de los animales? ❯ En la mayoría de los animales, las células están organizadas en tejidos. Cada tejido está conformado por células de un tipo específico que cooperan para llevar a cabo una determinada tarea. Los tejidos están organizados en órganos, que a su vez son componentes de los sistemas de órganos. ❯ Gran parte del cuerpo del animal consta de líquido, y la mayor parte del mismo se encuentra dentro de las células. El líquido fuera de las células (líquido extracelular) constituye el ambiente interno del cuerpo. Una faceta importante de la homeostasis es preservar las concentraciones de solutos y la temperatura de este líquido. ❯ Muchos rasgos anatómicos evolucionaron como soluciones a retos físi- cos. Sin embargo, estas soluciones a menudo son imperfectas, porque la evolución modifica estructuras existentes en vez de formar un plan corporal desde cero. Figura 28.3 Soluciones anatómicas para los retos fisiológicos en el cuerpo humano. A Los vasos ramificados del sistema circulatorio de un verte- brado distribuyen las sustancias esenciales a las células en un cuerpo de gran tamaño. B Los pulmones tienen superficie interna húmeda y constituyen un sitio donde los gases se disuelven para entrar y salir del cuerpo humano. Evolución de la estructura de los animales Los rasgos estructurales de un animal (su anatomía) evolucionan a la par que sus rasgos funcionales (su fisiología). Ambos tipos de rasgos están determinados genéticamente y varían entre los indi- viduos. En cada generación, los rasgos que ayudan a los mejores individuos a sobrevivir y reproducirse en su ambiente se transmiten de manera preferente. Con el transcurso de las generaciones, estos rasgos se optimizan en formas que reflejan su función en un ambien te específico. Las leyes físicas restringen la evolución de la estructura cor- poral. Por ejemplo, las sustancias disueltas viajan por el líquido extracelular mediante difusión. La difusión por sí sola no podría mantener un cuerpo grande o grueso, porque los gases, nutrientes y desechos no se desplazarían por el cuerpo con suficiente rapidez para mantener su metabolismo celular. De este modo, evolucio- naron mecanismos que aceleran la distribución de materiales al aumentar el tamaño corporal. En los vertebrados, el sistema circu- latorio sirve para este fin. Este sistema incluye una red de vasos sanguíneos muy ramificados que se extienden por todo el cuerpo (figura 28.3A). Todas las células vivas se encuentran tan cerca de un vaso sanguíneo que pueden intercambiar sustancias con él por difusión. Otro ejemplo son los animales que evolucionaron en el agua y afrontaron nuevos retos físicos al salir a tierra (sección 24.4). Los gases sólo pueden entrar o salir del cuerpo del animal por difusión a través de una superficie húmeda. En los organismos acuáticos, las superficies del cuerpo siempre están húmedas, pero en tierra la evaporación ocasiona que las superficies se sequen. La evolución de pulmones hizo posible que los animales terrestres intercam- biaran gases con la atmósfera a través de una superficie húmeda dentro de su cuerpo (figura 28.3B). Los pulmones no son branquias de peces modificadas, sino que evolucionaron a partir de bolsas del intestino en los peces ancestros de los vertebrados terrestres. Como ilustra este ejemplo, la evolu- ción no suele producir tejidos u órganos del todo nuevos, sino que modifica la estructura y las funciones de los ya existentes. Como sabe cualquiera que haya remodelado su casa, modi- ficar una estructura que ya existe en vez de diseñar y construir una nueva requiere de ciertos compromisos. De manera similar, detectamos evidencia de compromisos evolutivos en muchos rasgos estructurales de los animales. Por ejemplo, como legado de la conexión ancestral entre los pulmones y el intestino, la garganta humana conecta tanto con las vías digestivas como con las vías respiratorias. Como resultado, en ocasiones el alimento se introduce donde debería ir sólo aire y la persona se asfixia. Sería más seguro si el alimento y el aire entraran al cuerpo por vías separadas. Sin embargo, como la evolución modifica estructuras ya existentes, a menudo no produce el plan corporal óptimo. biologia_28_c28_p448-465.indd 451 11/13/12 2:54 PM 452 Unidad 6 Cómo funcionan los animales Tejido epitelial28.3 ❯ La mayor parte de lo que observas al verte al espejo, como tu piel, tu cabello y tus uñas, consiste en tejido epitelial o en estructuras derivadas del mismo. El epitelio también recubre los conductos y cavidades internas del cuerpo, como vasos sanguíneos e intestino. ❮ Vínculos a Cilios 4.10, Uniones celulares 4.11 Figura 28.5 Micrografías y dibujos de tres tipos de epitelios simples, con ejemplos de sus funciones y su ubicación. célula de una glándula secretora de mucosidad Epitelio cilíndrico simple secreción y Epitelio escamoso simple el corazón y los sacos de aire Epitelio cúbico simple - secreción; materiales Figura 28.4 Animada Estructura general de un epitelio. Este tejido tiene una superficie libre expuesta al ambiente externo o a algún líquido interno del organismo. Una capa basal no celular secretada por las células epiteliales une el epitelio con otra capa de tejido, la mayoría de las veces con tejido conectivo, como veremos en la próxima sección. Características generales El epitelio, o tejido epitelial, es un tejido similar a una capa con- formado por células con poco material extracelular entre ellas. Una superficie libre queda expuesta al ambiente o algún líquido corporal (figura 28.4). En la superficie opuesta, las secreciones de las células epiteliales forman una membrana basal no celular que mantiene unido el epitelio con algún tejido subyacente. No hay vasos sanguíneos atravesando el epitelio, de modo que los nutrientes llegan a las células por difusión de los vasos en algún tejido adyacente. Las uniones estrechas (sección 4.11) sólo se encuentran en el tejido epitelial. Unen las membranas plasmáticas adyacentes de modo tan firme que el líquido no puede pasar entre ellas. Un epi- telio con uniones estrechas puedemantener el líquido dentro de determinado compartimento del cuerpo. Por ejemplo, las uniones estrechas unen las células epiteliales que recubren el intestino. Este epitelio sirve como barrera y evita que el ácido secretado en el estómago escape y dañe el tejido subyacente. Los tejidos epiteliales sujetos a esfuerzos mecánicos, como la piel, presentan muchas uniones adherentes. Éstas tienen una función similar a los botones para cerrar una camisa. Conectan las membranas plasmáticas de las células en determinados puntos, pero sin formar un sello apretado. Tipos de epitelio El tejido epitelial varía tanto en el número de capas de células como en la forma de las células. El epitelio simple tiene una sola célula de grosor, mientras que el epitelio estratificado tiene múltiples capas de células. Las células del epitelio escamoso son aplanadas o similares a escamas (Squama es la palabra en latín para escama). Las células del epitelio cúbico son cilindros cortos similares a cubos cuando se observan en corte transversal. Las células del epitelio cilíndrico son más altas que anchas. En la figura 28.5 se muestran los tres tipos de epitelio simple. El número de capas afecta la función del epitelio. El epitelio escamoso simple tiene funciones de intercambio de materiales. Es el tipo de epitelio más delgado, y los gases y los nutrientes se difunden con facilidad a través de él. Este tipo de epitelio recubre los vasos sanguíneos y la superficie interna de los pulmones. En contraste, el epitelio escamoso estratificado es más grueso y tiene una función protectora. Este tipo de tejido constituye la capa más externa de la piel humana. Las células del epitelio cúbico y cilíndrico tienen funciones de absorción y secreción. En algunos tejidos, como el recubrimiento renal y del intestino delgado, hay proyecciones similares a dedos llamadas microvellos que se extienden desde la superficie libre de las células epiteliales. Estas proyecciones aumentan el área superficial a través de la cual se pueden absorber sustancias. En otros tejidos, como en vías respiratorias superiores y ovi- ductos, la superficie libre del epitelio tiene cilios. La acción de los cilios en las vías respiratorias desplaza la mucosidad con partículas inhaladas, alejándola de los pulmones. La acción de los cilios en los oviductos impulsa al óvulo hacia el útero (la matriz). biologia_28_c28_p448-465.indd 452 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 453 glándula endocrina Molécula que se compone principalmente de áto- mos de carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1:2:1. glándula exocrina Glándula que secreta leche, sudor, saliva o alguna otra sustancia a través de un conducto. membrana basal Capa de secreciones que une a un epitelio con un tejido subyacente. microvellos Delgadas proyecciones de la membrana plasmática; aumentan el área superficial de algunas células epiteliales. tejido epitelial Tejido animal similar a una capa que cubre las superficies externas del cuerpo y recubre los tubos y cavidades internos. Para repasar en casa ¿Qué funciones tiene el tejido epitelial? ❯ Los epitelios son tejidos similares a capas que recubren la superficie del cuerpo y sus cavidades, conductos y tubos. Tienen funciones de protecció n, absorción y secreción. Algunos epitelios presentan cilios o microvello s en la superficie. ❯ Las glándulas son órganos secretorios derivados del epitelio. Las glán- dulas exocrinas secretan el material a través de un conducto sobre una superficie corporal o una cavidad del cuerpo. Las glándulas endocrinas secretan hormonas hacia la sangre. ❯ Las células epiteliales especializadas que producen gran cantidad de la proteína queratina, y son la fuente del pelo, las uñas, las pezuñas y las plumas. ❯ Los tejidos epiteliales experimentan un recambio continuo y son los sitios donde se presenta el cáncer con mayor frecuencia. glándula mamaria productora de leche conducto lácteo Figura 28.6 Epitelio glandular. A Mama de mujer en periodo de lactancia. Se observan las glándulas mamarias que pro- ducen leche. Estas glándulas y los conductos lácteos que llevan la leche a la superficie del cuerpo son de tejido epitelial. B Epitelio glandular de una rana tropical (Dendrobates azureus) que secreta un veneno paralizante. La piel de todas las ranas venenosas, rica en pigmentos, tiene colores y patrones vívidos que evolucionaron como señal de advertencia. En esencia, dicen a los depredadores, “Ni se te ocurra atacarme”. célula pigmentada glándula mucosa glándula venenosa poro en la superficie de la piel a través del cual se libera la mucosidad Figura 28.7 Las plumas de esta ave y la cubierta callosa de su pico son estructuras ricas en queratina producidas por un epitelio. El pelo, la piel, las garras y las pezuñas también se deri- van del epitelio. BA Sólo el tejido epitelial contiene células glandulares. Estas células secretan algunas sustancias con funciones fuera de la célula. En la mayoría de los animales, algunas células secretoras se agrupan formando glándulas pluricelulares que liberan sustancias sobre la piel, o hacia alguna cavidad o líquido del cuerpo. Las glándulas exocrinas tienen conductos o tubos para trans- mitir sus secreciones hacia una superficie interna o externa. Las secreciones exocrinas incluyen mucosidad, saliva, lágrimas, enzi- mas digestivas, cera de los oídos y leche materna (figura 28.6A). En algunos animales, como las ranas venenosas, se observan con- ductos exocrinos que secretan un veneno que protege al animal contra los depredadores (figura 28.6B). Las glándulas endocrinas carecen de conductos. Liberan moléculas señalizadoras, llamadas hormonas, hacia algún líquido corporal. Con mayor frecuencia, las hormonas entran al torrente sanguíneo para ser distribuidas a todo el cuerpo. Las garras, las uñas, las pezuñas, la piel, el pelo, los picos y las plumas se derivan todos del epitelio. Estas estructuras se forman cuando células epiteliales especializadas producen grandes can- tidades de la proteína llamada queratina. La parte visible de una pezuña, del pelo o de las plumas está formada por los restos de las células de este tipo (figura 28.7). Carcinomas: células cancerosas epiteliales Los animales adultos producen pocas células musculares o ner- viosas nuevas, pero renuevan sus células epiteliales de manera constante. Por ejemplo, todos los días el cuerpo humano pierde células de la piel y vuelve a producir otras nuevas para reempla- zar las. Un adulto pierde alrededor de 0.7 kilogramos de piel al año. De manera similar, tu recubrimiento intestinal es reemplazado cada cuatro a seis días. Todas estas divisiones celulares aumentan la posibilidad de que haya errores en la replicación del ADN que pueden causar cáncer. Como resultado, el epitelio es el tejido ani- mal que tiene más probabilidades de presentar cáncer. Un cáncer de célula epitelial recibe el nombre de carcinoma. Cerca de 95 por ciento de los cánceres cutáneos son carcinomas. Los cánceres de mama suelen ser carcinomas de células epiteliales que recubren los conductos lácteos o del epitelio glandular de la mama. La mayoría de los cánceres pulmonares se derivan del epi- telio de recubrimiento pulmonar. biologia_28_c28_p448-465.indd 453 11/13/12 2:54 PM 454 Unidad 6 Cómo funcionan los animales Tejidos conectivos28.4 Figura 28.8 Animada Tejidos conectivos. ❯ Los tejidos conectivos sirven como “conectores” en el orga- nismo. Tienen funciones estructurales de soporte, enlace y separación, y en ciertos casos aíslan otros tejidos. Son los tejidos más abundantes y están distribuidos por todo el cuerpo. ❮ Vínculos a Síntesis de grasas 7.7, Matriz extracelular 4.11 A Tejido conectivo laxo Los fibroblastos y otras células se encuen- tran dispersas en esta matriz fangosa con no muchas fibras Ubicaciones comunesPor debajo de la piel y la mayoría de los epitelios Funciones Elasticidad, difusión B Tejido conectivo denso irregu- lar Contiene fibroblastos en una matriz semisólida con muchas fibras de colágeno entretejidas con ellos Ubicaciones comunes En la piel y en las cápsulas en torno a algunos órganos Funciones Apoyo estructural C Tejido conectivo denso regu- lar Contiene fibroblastos en filas entre los macizos paralelos y apretados de muchas fibras de colágeno Ubicaciones comunes Tendones y ligamentos Funciones Fuerza, elasticidad D Cartílago Contiene condrocitos y fibras de colágeno en una matriz elástica Ubicaciones comunes La nariz, los extremos de los huesos largos, las vías respiratorias, el esqueleto de los peces car- tilaginosos, el embrión de los vertebrados Funciones Soporte y protección; consti- tuye una superficie de baja fricción para el movimiento de las articulaciones - (condrocito) El tejido conectivo está formado por células dispersas dentro de una matriz extracelular hecha de sus propias secreciones. Este tejido se describe por el tipo de células que contiene y la composición de su matriz extracelular. Hay dos tipos de tejido conectivo blando: laxo y denso. El cartílago, el tejido óseo, el tejido adiposo y la sangre son tejidos conectivos especializados. Tejidos conectivos blandos Los tejidos conectivos laxo y denso tienen los mismos componen- tes pero en diferentes proporciones y ordenamientos. En ambos, las células más abundantes son los fibroblastos, los cuales secretan carbohidratos complejos y fibras de las proteínas estructurales colágeno y elastina. El tipo más común de tejido conectivo en el cuerpo de los vertebrados es el tejido conectivo laxo. Mantiene los órganos y los epitelios en su sitio, y sus fibroblastos y fibras se encuentran dispersos a través de la matriz (figura 28.8A). En el tejido conectivo denso irregular, la matriz está llena de fibroblastos y fibras de colágeno orientadas de diversos modos, como se observa en la figura 28.8B. El tejido conectivo denso irregular constituye las capas de la piel profunda. Da apoyo a los músculos intestinales y también forma cápsulas alrededor de los órganos que no se estiran, como los riñones. El tejido conectivo denso regular tiene fibroblastos en filas ordenadas entre los macizos paralelos y fuertemente empacados de las fibras (figura 28.8C). Esta organización ayuda a impedir que el tejido se rompa cuando sufre tensiones mecánicas. Los tendones y ligamentos están conformados más que nada de tejido conectivo denso regular. Los tendones conectan el músculo esquelético con los huesos. Los ligamentos unen los huesos entre sí y se estiran más que los tendones. Las fibras elásticas en la matriz del ligamento facilitan su movimiento en torno a las articulaciones. Tejido conectivo especializado El cartílago tiene una matriz de fibras de colágeno y glucoproteí- nas de consistencia elástica y resistente a la compresión. Las células secretan la matriz que las aprisiona (figura 28.8D). Los tiburones tienen un esqueleto cartilaginoso. En los embriones humanos, el cartílago constituye el modelo para el esqueleto en desarrollo, y más adelante el hueso lo reemplaza casi en su totalidad. Después del nacimiento, el cartílago sigue sosteniendo el oído externo, la nariz y la garganta. Sirve de amortiguador en las articulaciones y absorbe los choques entre las vértebras. Los vasos sanguíneos no penetran al cartílago, como ocurre con otros tejidos conectivos. Como resultado, es preciso que los nutrientes y el oxígeno se difun- dan desde los vasos sanguíneos de tejidos cercanos. Las células del cartílago no suelen dividirse en la etapa adulta. Por lo tanto, el cartílago lesionado no se repara por sí mismo, como ocurre con otros tipos de tejido conectivo. biologia_28_c28_p448-465.indd 454 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 455 cartílago Tejido conectivo con células rodeadas de una matriz de consis- tencia elástica hecha de sus propias secreciones. sangre Tejido conectivo líquido que consta de plasma y células que se forman dentro de los huesos. tejido adiposo Tejido conectivo que se especializa en el almace- namiento de grasa. tejido conectivo Tejido animal con matriz extracelular extensa; tiene funciones estructurales y de soporte. tejido conectivo denso irregular Tejido conectivo con fibras arregladas de forma asimétrica y fibroblastos dispersos entre ellas. tejido conectivo denso regular Tejido conectivo con fibroblastos orde- nados entre arreglos paralelos de fibras. tejido conectivo laxo Tejido conectivo con relativamente pocos fibro- blastos y fibras dispersos en su matriz. tejido óseo Tejido conectivo con células rodeadas de una matriz endure- cida con minerales de sus propias secreciones. Para repasar en casa ¿Qué es el tejido conectivo? ❯ El tejido conectivo da apoyo y protección, organiza y aísla a otros teji- dos. Está conformado por células dentro de una matriz extracelular. Con excepción de la sangre, los otros tipos de tejido conectivo con- tienen fibroblastos. ❯ La matriz del tejido conectivo laxo contiene fibroblastos y fibras en proporciones y ordenamientos característicos. ❯ El cartílago, el hueso, el tejido adiposo y la sangre son tejidos conecti- vos especializados. El cartílago y el hueso son ambos materiales estruc- turales. El tejido adiposo es un depósito de energía almacenada. La sangre es tejido conectivo líquido y transporta materiales. F Tejido óseo Formado por fibras de colágeno, osteocitos en el interior de cámaras dentro de una extensa matriz extracelula endurecida por calcio Ubicación Constituye el esqueleto de los vertebrados Funciones Movimiento, soporte, protección E Tejido adiposo Células grasas grandes, firmemente empacadas y con poca matriz extracelular Ubicación común Bajo la piel, por alrededor del corazón y los riñones Funciones Almacenamiento de energía, aislamiento, acolchonamiento núcleo célula tejido óseo célula ósea (osteocito) leucocito eritrocito G Sangre Plasma líquido rico en proteínas con componentes celulares Ubicación Dentro de los vasos sanguíneos Funciones Distribuye gases y nutrien tes esenciales, y retira los desechos El tejido adiposo es el principal depósito de energía del cuerpo. La mayoría de las células puede transformar el exceso de azúcares y lípidos en pequeñas gotas de grasa (sección 7.7). Sin embargo, sólo las células de este tejido se abultan con la grasa almacenada hasta el grado en que el núcleo queda a un lado y aplanado (figura 28.8E). Las células adiposas tienen poca matriz entre ellas. Los pequeños vasos sanguíneos que corren a través del tejido conducen las grasas desde y hacia las células. Además de su papel de almacenamiento de energía, el tejido adiposo sirve de amortiguador y protege partes del cuerpo, mientras que la capa de dicho tejido bajo la piel tiene funciones aislantes para mantener la temperatura interna del cuerpo dentro de un rango óptimo. El tejido óseo es un tejido conectivo con células vivas apri- sionadas en sus propias secreciones de calcio endurecidas (figura 28.8F). Es el principal tejido que constituye los huesos, que son órganos que interaccionan con los músculos para mover el cuerpo. Los huesos también dan soporte y protección a los órganos internos blandos. Las células de la sangre se forman en el interior esponjoso de algunos huesos. La sangre es considerada tejido conectivo porque sus compo- nentes celulares (eritrocitos, leucocitos y plaquetas) descienden de las células madre en el hueso (figura 28.8G). Los eritrocitos llenos de hemoglobina transportan el oxígeno. Los leucocitos defienden al cuerpo contra los patógenos. Las plaquetas tienen funciones de formación de coágulos. Los componentes celulares de la sangre viajan flotando en el plasma, una matriz de líquido extracelular que consisteen agua con proteínas, nutrientes, gases y otras sus- tancias disueltas en ella. biologia_28_c28_p448-465.indd 455 11/13/12 2:54 PM 456 Unidad 6 Cómo funcionan los animales ❯ Los vertebrados tienen tres tipos de tejido muscular: músculo esquelético, músculo cardiaco y músculo liso. Cada tipo tiene propiedades singulares que reflejan sus funciones. ❮ Vínculo a Uniones de espacios 4.11 Tejido muscular28.5 tejido del músculo cardiaco Músculo de la pared del corazón. tejido múscular esquelético Músculo que interacciona con el hueso para desplazar las partes del cuerpo; se encuentra bajo control voluntario. tejido múscular liso Músculo que recubre los vasos sanguíneos y forma la pared de los órganos huecos. En los tejidos musculares, las células se contraen (se acortan) en respuesta a un estímulo, y después se relajan y se alargan de manera pasiva. Las contracciones coordinadas de capas o anillos de músculo permiten el movimiento del cuerpo o la transfe- rencia de material por todo el organismo. Hay tejido muscular en casi todos los animales, pero de momento nos concentraremos en el ordenamiento de este tipo de tejido en los vertebrados. Músculo esquelético El tejido muscular esquelético, compañero funcional del hueso (o el cartílago), ayuda a mover y mantener la posición del cuerpo y sus partes. El tejido de músculo esquelético tiene arreglos paralelos de fibras musculares largas y cilíndricas (figura 28.9A). Las fibras no son células únicas. Se forman durante el desarrollo embrionario, cuando los grupos de células se fusionan. Cada fibra contiene núcleos múltiples entre largas tiras con filas y filas de unidades contráctiles. Estas filas dotan al músculo esquelético de una apa- riencia estriada o similar a tiras. El tejido de músculo esquelético constituye alrededor de 40 por ciento del peso de un ser humano promedio. Se activa a través de reflejos, pero también podemos hacer que se contraiga de manera voluntaria. Por eso los músculos esqueléticos suelen llamarse músculo s “voluntarios”. Músculo cardiaco El tejido del músculo cardiaco se encuentra sólo en la pared del corazón (figura 28.9B). Al igual que el músculo esquelético, tiene apariencia estriada, pero a diferencia de éste tiene células en forma ramificada. Las células del tejido del músculo cardiaco se unen por los extremos, y las uniones adherentes impiden que Figura 28.9 Animada Tejido muscular. A Músculo esquelético B Músculo cardiaco un núcleo único corazón C Músculo liso - extremos adyacentes de células éstos se separen durante las fuertes contracciones. Las señales para la contracción atraviesan con rapidez de una célula a otra a través de uniones de espacios a todo lo largo de las mismas. Las señales hacen que todas las células del tejido del músculo cardiaco se con- traigan como una unidad. Se dice que el músculo cardiaco y el músculo liso son músculos “involuntarios”, porque la mayoría de las personas no puede hacer que éstos se contraigan por voluntad propia. Músculo liso Encontramos capas de tejido muscular liso en la pared de algunos vasos sanguíneos y de algunos órganos internos blandos, como el estómago, el útero y la vejiga. Las células no ramificadas de este tejido contienen un núcleo en el centro y se estrechan en ambos extremos (figura 28.9C). Las unidades contráctiles no están dispuestas de forma repetida y ordenada, de modo que el tejido de músculo liso no tiene apariencia estriada. El músculo liso se contrae más despacio que el músculo esquelético, pero sus contracciones pueden sostenerse más tiempo. Las contracciones del músculo liso impulsan el material por el intestino, ajustan el diámetro de algunos vasos sanguíneos y cierran los esfínteres. El esfínter es un anillo de músculo en un órgano tubular. Para repasar en casa ¿Qué es el tejido muscular? ❯ El tejido muscular está conformado por células que se con- traen al recibir un estímulo. ❯ El músculo esquelético está unido con los huesos y sirve para moverlos. El músculo cardiaco sólo se encuentra en las paredes del corazón. Los vasos sanguíneos y muchos órga- nos internos blandos tienen músculo liso en sus paredes. núcleo núcleo biologia_28_c28_p448-465.indd 456 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 457 ❯ El tejido nervioso detecta cambios del ambiente interno o externo, integra información y controla la actividad de músculos y glándulas. Tejido nervioso28.6 neurona Una de las células que constituyen las líneas de comunicación del sistema nervioso; transmite señales eléctricas a lo largo de su mem- brana plasmática y se comunica con otras células mediante mensajes químicos. tejido nervioso Tejido animal formado por neuronas y células de apoyo; detecta los estímulos y controla las respuestas a los mismos. Para repasar en casa ¿Qué es el tejido nervioso? ❯ El tejido nervioso está conformado por neuronas y células de apoyo. Los diversos tipos de neuronas detectan estímulos específicos, integran información y emiten o transmiten órdenes a otros tejidos. ❯ Las células de apoyo en el tejido nervioso son llamadas células neuroglia les o neuroglía. Constituyen gran parte del volumen del tejido nervioso . El tejido nervioso está hecho de células señalizadoras especiali- zadas, llamadas neuronas, y las células que les dan apoyo. Una neurona tiene un cuerpo celular con un núcleo y otros organelos (figura 28.10). Proyectándose del cuerpo de las células se obser- van largas extensiones del citoplasma que le permiten recibir y enviar señales electroquímicas. Cuando la neurona recibe un estímulo suficiente, una señal eléctrica viaja a lo largo de su membrana plasmática hasta los extremos de ciertas extensiones del citoplasma. En este sitio, la señal eléctrica provoca la liberación de moléculas señalizadoras químicas. Estas moléculas se difunden a través de un pequeño espacio hasta una neurona, fibra muscular o célula de una glán- dula adyacente, y modifican el comportamiento de las mismas. Tu sistema nervioso tiene más de 100 mil millones de neu- ronas. Hay tres tipos de las mismas. Las neuronas sensoriales se excitan por estímulos específicos como la luz o la presión. Las interneuronas reciben e integran la información sensorial. Alma- cenan información y coordinan las respuestas a los estímulos. En los vertebrados, las interneuronas suelen encontrarse en el cerebro y la médula espinal. Las neuronas motoras transmiten órdenes del cerebro y la médula espinal a las glándulas y células musculares (figura 28.11). Las células neurogliales, llamadas también neuroglía, man- tienen a las neuronas ubicadas en el sitio correcto y les dan apoyo metabólico. Constituyen una porción significativa del tejido nervioso. Más de la mitad del volumen del cerebro son neuroglía. Las células neurogliales también se encuentran alrededor de las extensiones de citoplasma que envían señales en la mayoría de las neuronas motoras. Actúan como aislante y aceleran la velocidad a la cual viajan las señales. Figura 28.11 Ejemplo de la interacción coordinada entre el tejido del músculo esquelético y el tejido nervioso. Las interneuronas del cerebro de este cama- león calculan la distancia y dirección del vuelo de la apetitosa mosca. En respuesta a ese estímulo, las señales de las interneuronas fluyen a lo largo de ciertas neuronas motoras y llegan a las fibras muscu- lares ubicadas en la larga lengua de este animal. La lengua se desenrolla con rapidez y precisión para llegar al punto exacto donde se encuentra la mosca. Figura 28.10 Animada Micrografía y gráfica de una neurona motora. Se observa el cuerpo de la célula con un núcleo (visible como mancha oscura) y extensiones del cito- plasma. Cierto tipo de célula neuroglial recubre y aísla la extensión emisora de señales. celular de la neurona extensiones señales alrededorde una extensión del señales biologia_28_c28_p448-465.indd 457 11/13/12 2:54 PM 458 Unidad 6 Cómo funcionan los animales Órganos y sistemas de órganos28.7 Sistema tegumentario Protege al cuerpo de las lesiones, la deshidratación y algunos patógenos; controla su temperatura; excreta cier- tos residuos; recibe algunos estímulos externos. Sistema muscular Moviliza el cuerpo y sus partes internas; mantiene la postura; genera calor por incre- mento de la actividad metabólica. Sistema óseo Sirve de soporte y protec- ción para ciertas partes del cuerpo; suministra sitios de unión muscular; produce eritrocitos; almacena calcio y fósforo. Sistema nervioso Detecta estímulos externos e internos; controla y coor- dina las respuestas a los estímulos; integra todas las actividades de los sistemas de órganos. Sistema circulatorio Transporta con rapidez muchos materiales desde y hacia el líquido intersti- cial y las células; ayuda a estabilizar el pH y la tem- peratura interna. Sistema endocrino Controla en forma hor- monal el funcionamiento del organismo; junto con el sistema nervioso, integra actividades a corto y largo plazo. (Se suman los testículos en el hombre.) cavidad craneal diafragma cavidad espinal cavidad torácica cavidad abdominal cavidad pélvica Figura 28.13 Animada Abajo, los sistemas de órganos del cuerpo humano y sus funciones. ❯ Los órganos suelen estar constituidos por los cuatro tipos de tejidos y son los componentes de un sistema de órganos. ❮ Vinculo a Planos corporales de los animales 23.2 Órganos en cavidades corporales Muchos órganos humanos están ubicados dentro de las cavidades del cuerpo. Al igual que otros vertebrados, los humanos son bilaterales y tienen una cavidad corporal recubierta, conocida como celoma (sección 23.2). Una capa de músculo liso llamada diafragma divide el celoma humano en la cavidad torácica superior y la cavidad torácica inferior, que contiene la región abdominal y la pélvica (figura 28.12). El corazón y los pulmones se encuentran en la cavidad torácica. Los órganos digestivos como el estómago, los intestinos y el hígado se encuentran en la cavidad abdominal. La vejiga y los órganos reproductivos se encuentran en la cavidad pélvica. La cavidad craneal de la cabeza contiene el cerebro, y la cavidad espinal de la espalda contiene la médula espinal. Estas dos últimas cavidades no se derivan del celoma. Sistemas de órganos de los vertebrados En la figura 28.13 se presentan los 11 sistemas de órganos del cuerpo humano. Otros vertebrados tienen los mismos sistemas, que llevan a cabo las mismas funciones. De manera colectiva, los sistemas de órganos del cuerpo del vertebrado presentan división de trabajo, o comparten funciones. Figura 28.12 Principales cavidades del cuerpo que contienen a los órganos del ser humano. ❯❯ Adivina: ¿Cuáles órganos se encuentran en cavidades corporales que no forman parte del celoma? Respuesta: La médula espinal y el cerebro Los sistemas de órganos realizan diversas tareas de manera coordinada. Por ejemplo, diversos sistemas de órganos interaccio- nan para suministrar a las células materia prima esencial y retirar sus desechos (figura 28.14). El alimento y el agua entran al cuerpo a través del sistema digestivo, que incluye órganos digestivos como biologia_28_c28_p448-465.indd 458 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 459 Sistema linfático Recolecta y devuelve parte del líquido tisular al torren te sanguíneo; defiende al cuerpo contra infecciones y daños a los tejidos. Sistema respiratorio Aporta con rapidez oxígeno al líquido tisular que baña todas las células vivas; retira el dióxido de carbono desechado por las células; ayuda a regular el pH. Sistema digestivo Sirve para ingerir alimentos y agua; descompone de manera mecánica y química los alimen- tos, y absorbe pequeñas moléculas hacia el ambiente interno; elimina los residuos de los alimentos. Sistema reproductivo Femenino: produce óvulos; tras la fertilización, pro- porciona un entorno protegido al feto y nutrientes para su desarrollo. Masculino: produce y transfiere espermatozoides a la mujer. Las hormonas de ambos sistemas tam- bién influyen en otros sistemas de órganos. Sistema urinario Mantiene el volumen y la composición del ambien te interno; excreta el exceso de líquidos y los desechos de la sangre. el estómago y el intestino, y también órganos que ayudan a la digestión como el páncreas y la vesícula biliar. El aparato digestivo también elimina los desechos no digeridos. El oxígeno penetra al organismo a través del sistema respirato- rio, que incluye los pulmones y las vías respiratorias que conducen a ellos. El corazón y los vasos sanguíneos del sistema circulatorio aportan nutrientes y oxígeno a las células, y retiran desechos de dióxido de carbono y solutos de ellas. El sistema circulatorio apor- ta dióxido de carbono al aparato respiratorio, el cual lo elimina. El aparato circulatorio también desplaza el exceso de agua, sales y desechos solubles al sistema urinario. Los órganos del sistema urinario incluyen los riñones, que filtran los desechos sanguíneos y producen orina, y la vejiga, que almacena la orina hasta que es eliminada del cuerpo. La figura 28.14 no incluye el sistema nervioso, endocrino, muscular y óseo, pero éstos también ayudan a los vertebrados a obtener ciertas sustancias esenciales y eliminar desechos. Por ejemplo, el sistema nervioso detecta cambios en los niveles internos de agua, solutos y nutrientes. Las señales que envían el sistema nervioso y el sistema endocrino a los riñones, alientan la conservación o eliminación de agua. Las señales del sistema nervioso también producen movimiento, por ejemplo cuando el músculo esquelético interacciona con los huesos para desplazarte hacia una fuente de alimento o agua. ingesta de agua y alimentos excreción de residuos alimenticios transporte de materiales desde y hacia las células eliminación de desechos solubles, exceso de agua y sales nutrientes, agua, solutos inhalación de oxígeno exhalación de dióxido de carbono oxígeno dióxido de carbono agua, solutos Sistema digestivo Sistema circulatorio Sistema respiratorio Sistema urinario Figura 28.14 Algunas de las maneras en que los sistemas de órganos interactúan para man- tener el aporte de sustancias esenciales al cuerpo y eliminar los desechos indeseables. Otros sistemas de órganos que no se muestran también participan en estas tareas. Para repasar en casa ¿Qué son los órganos y los sistemas de órganos? ❯ Los órganos están conformados por tejidos múltiples y son los compo- nentes de los sistemas de órganos. El funcionamiento coordinado de los sistemas de órganos mantiene vivo al cuerpo. biologia_28_c28_p448-465.indd 459 11/13/12 2:54 PM 460 Unidad 6 Cómo funcionan los animales Descripción detallada de un órgano: la piel humana28.8 Figura 28.15 Animada A Estructura de la piel. Sus diversos componentes, como las glándu- las, difieren de una región del cuerpo a otra. B Sección a través de la piel humana. capa epidérmica más externa (toda formada de células muertas queratinizadas) células queratinizadas en proceso de aplanamiento entre la masa de células muertas por encima de ellas y la masa de células que se dividen con rapidez por debajo células de la epidermis que se dividen con rapidez dermis músculo lisovasos sanguíneos glándula sudoríparafolículo piloso neurona sensorialglándula sebácea hipodermis (está debajo de la piel y no forma parte de ella) epidermis dermis pelo A B ❯ En los vertebrados, el sistema tegumentario está conformado por la piel, las estructuras que se derivan de la piel y una capa subyacente de tejido conectivo y adiposo. ❮ Vinculo a Adaptaciones a la vida terrestre 24.4 De todoslos órganos de los vertebrados, la superficie externa del cuerpo, llamada piel, es la que tiene una mayor área superficial. La piel tiene dos capas, la epidermis superior, que es delgada, y la dermis, que se encuentra debajo de ella (figura 28.15). La dermis conecta con la hipodermis, una capa de tejido conectivo y adiposo. La piel de los vertebrados tiene muchas funciones. Contiene receptores sensoriales que mantienen al cerebro informado de las condiciones externas. La piel sirve como barrera para mantener fuera a los patógenos y ayuda a controlar la temperatura interna. En los vertebrados terrestres, la piel también ayuda a la conserva- ción de agua. En los humanos, la vitamina D se produce mediante reacciones que se realizan en la piel. Estructura de la piel La epidermis es epitelio escamoso estratificado con abundantes uniones adherentes y sin matriz extracelular. La epidermis humana está formada en su mayor parte de queratinocitos, células que fabrica n la proteína llamada queratina, que es repelente al agua. Las divisiones de las células por mitosis en las capas profundas de la epidermis producen de manera continua nuevos queratinoci- tos que desplazan a las células más antiguas hacia arriba, es decir, hacia la superficie de la piel. A medida que las células ascienden, se aplanan, pierden su núcleo y mueren. Las células muertas en la superficie de la piel forman una capa resistente a las abrasiones que ayuda a evitar las pérdidas de agua. Los melanocitos, otro tipo de célula de la epidermis, fabrican pigmentos llamados melaninas y se los donan a los queratinocitos. Las variaciones en el color de la piel se deben a diferencias en la distribución y actividad de los melanocitos, y en el tipo de melanina que producen. Una melanina es de marrón a negra, mientras que otra es de roja a amarilla. El efecto de los melanocitos se observa en la enfermedad llamada vitiligo, un trastorno de la piel en el cual la destrucción de estas células da lugar a parches cutáneos claros (figura 28.16). La mayor parte de la dermis está hecha de tejido conectivo denso con fibras de elastina resistentes a la elongación y fibras de colágeno de apoyo. Los vasos sanguíneos, los vasos linfáticos y los receptores sensoriales están entretejidos en la dermis. La dermis es mucho más gruesa que la epidermis, y más resistente a los desgarres. El cuero es dermis de animales que ha sido tratada con productos químicos para preservarla. Las glándulas sudoríparas constan de células de la epidermis que emigraron a la dermis durante el desarrollo temprano. El sudor que se- cretan es más que nada agua. La evaporación de sudor ayuda a enfriar la superficie del cuerpo cuando la temperatura es alta. El tejido epitelial incrustado en la dermis también forma folícu- los pilosos. La base de un folículo piloso contiene células vivas de pelo. Éstas se dividen cada 24 a 72 horas, por lo que están entre las células del cuerpo que se dividen con mayor rapidez. A medida que se dividen, empujan a las células por encima de ellas, alargando el pelo. La parte del pelo que se extiende más allá de la superficie de la piel está formada por restos de células muertas ricos en queratina. Hay un músculo liso unido a cada pelo. El pelo toma una posición vertical cuando el músculo se contrae de manera refleja en respuesta al frío o al miedo. Las secreciones de la glándula sebácea que se encuentra junto a cada folículo capilar mantienen el pelo y la piel que lo rodea suaves y sedosos. Las glándulas sebáceas también constan de tejido epite- lial que emigró hacia la dermis durante el desarrollo. biologia_28_c28_p448-465.indd 460 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 461 Figura 28.16 Vitiligo. Lee Thomas, un reportero de televisión afroamericano, padece vitiligo. La muerte de los melanocitos ha hecho que sus manos adquieran apariencia blanquecina y que aparezcan zonas blancas en su cara y en sus brazos. Efectos de la luz solar en la piel La melanina que produce la piel tiene funciones de filtro solar, absorbiendo las radiaciones ultravioleta (UV) que de lo contrario dañarían las capas subyacentes de la piel. Cuando una parte de piel queda expuesta a la luz solar, los melanocitos de esa zona fabrican una mayor cantidad de melanina, un pigmento de color marrón negruzco, por lo que la piel se “broncea”. Es bueno que la piel tenga un poco de exposición a la luz UV, pues esto estimula la producción de una molécula que el cuerpo convierte más tarde en vitamina D. El cuerpo necesita esta vitamina para absorber los iones calcio de los alimentos. Sin embargo, la exposición UV también provoca la descomposición de folato, una de las vitaminas D. Entre otros problemas, la deficiencia de folato durante el desarrollo daña el sistema nervioso. Es probable que las variaciones en el color de la piel entre las poblaciones humanas hayan evolucionado como adaptaciones a diferencias en la exposición a la luz solar. La especie humana surgió en el África ecuatorial, sitio donde los rayos solares son intensos y la duración del día no se reduce tanto en el invierno. En este ambiente, la piel, rica en melanina, protegía al folato y aún fabricaba suficiente vitamina D. Después algunos humanos se desplazaron a regiones más al norte, donde la luz solar es menos intensa, los días son cortos en el invierno y la gente pasa más tiempo en el interior o cubierta de ropa. En estas circunstancias, la piel con menos melanocitos resulta una ventaja. Este tipo de piel permite que el organismo reciba suficiente luz solar como para realizar una producción adecuada de vitamina D, incluso durante los inviernos fríos y oscuros. Las personas de piel clara a menudo sufren quemaduras de sol antes de broncearse. La piel oscura confiere mejor protección que la piel clara, pero en cualquier persona la exposición prolongada o repetida a rayos UV daña el colágeno y provoca que las fibras de elastina formen grupos. La piel bronceada de manera crónica se hace menos resistente y comienza a adquirir apariencia de cuero para calzad o. La luz UV daña el ADN, y esto incrementa el riesgo de cáncer de la piel. El melanoma, que es el cáncer más peligroso de la piel, surge cuando los melanocitos se dividen sin control. Efectos de la edad A medida que las personas envejecen, las células de su epidermis se dividen con menor frecuencia. Las secreciones glandulares que mantenían a la piel suave y flexible se reducen. El grosor y la elasticidad de la dermis declinan a medida que el colágeno y las fibras de elastina escasean. Aparecen arrugas permanentes en sitios donde las expresiones faciales sólo producían pliegues temporales. Como hemos señalado, el bronceado excesivo acelera el enve- jecimiento de la piel. El tabaquismo ejerce un efecto parecido: reduce el flujo de sangre a la piel, privándola de oxígeno y nutrientes. Los efectos nocivos del sol se manifiestan en las regiones expuestas a la luz solar, pero el tabaquismo daña la piel de todo el cuerpo. dermis Capa profunda de la piel que consta de tejido conectivo y tiene nervios y vasos sanguíneos que la irrigan. epidermis Capa de tejido más externa; en los animales, la capa epitelial de la piel. Cultivo de piel La piel es el único órgano que se cultiva de forma artificial para emplearlo en diversas aplicaciones en medicina. Los sustitutos de piel cultivada se preparan usando el prepucio de lactantes que se obtiene en las circuncisiones rutinarias. El prepucio (tejido que cubre la punta del pene) constituye una fuente rica en queratinocitos y fibroblastos. Estas células se hacen crecer en un medio de cultivo con otros materiales biológicos, y los productos resultantes se emplean para cerrar heridas, ayudar a que las quemaduras sanen y cubrir llagas de pacientes con trastornos cutáneos. A diferencia de la piel natural, los sustitutosde piel cultivados no tienen melanocitos, glándulas sudoríparas, glándulas sebáceas ni otras estructuras diferenciadas. El uso de células madre de la epi- dermis de adultos quizá algún día permita producir piel cultivada tan compleja como la piel real. Los investigadores también tienen la ambiciosa esperanza de fabricar células madre a partir de la piel adulta. La manipulación de células cutáneas para que pierdan su diferenciación podría sumi nistrar material inicial para reemplazar otros tipos de tejido s sin la controversia ocasionada por el uso de células madre embrionaria s. Para repasar en casa ¿Qué es la piel y qué funciones tiene? ❯ La piel es un componente del sistema tegumentario. Consta de una epidermis de tejido epitelial y una dermis de tejido conectivo denso con vasos sanguíneos y nervios que la recorren. ❯ La piel tiene receptores sensoriales que informan al cerebro acerca del ambiente. También sirve como barrera contra los patógenos, ayuda a la producción de vitamina D y tiene funciones de regulación de temperatura. biologia_28_c28_p448-465.indd 461 11/13/12 2:54 PM 462 Unidad 6 Cómo funcionan los animales Actividades integradas28.9 Estímulo Hacer ejercicio en un día caluroso aumenta la temperatura interna del cuerpo Receptores sensoriales Los receptores monitorean la temperatura interna e indican al cerebro cuando ésta aumenta. Cerebro El cerebro recibe señales de los receptores sensoriales y envía señales a músculos y glándulas. Músculos y glándulas Los músculos esqueléticos de la pared torácica se contraen más rápido, aumentando la frecuencia respiratoria. El músculo liso de los vasos sanguíneos que irrigan la piel se relaja y se ensancha, de manera que fluye más sangre hacia la piel y se irradia más calor hacia el aire circundante. Las glándulas sudoríparas secretan más sudor, el cual enfría el cuerpo al evaporarse. Las glándulas endocrinas que afectan los niveles de actividad general hacen más lenta la secreción de hormonas que estimulan la actividad. Respuesta La temperatura del cuerpo desciende Figura 28.17 Animada Mecanismo de retroalimentación negativa que reduce la temperatura corporal cuando ésta aumenta. ❯ Un sistema de retroalimentación negativa que incluye múlti- ples sistemas de órganos permite que el cuerpo mantenga su temperatura interna. ❯ La comunicación entre las células es fundamental para la homeostasis. ❮ Vinculo a Calor metabólico 7.5 Detección y respuesta al cambio Como hemos explicado, la homeostasis es el proceso que permite mantener las condiciones del cuerpo dentro de ciertos límites. En los vertebrados, la homeostasis incluye interacciones entre los receptores sensoriales, el cerebro y los músculos y glándulas. Un receptor sensorial es una célula o componente celular que detecta un estímulo específico. Los receptores sensoriales que par- ticipan en la homeostasis tienen funciones similares a las de guar- dias internos, pues monitorean el cuerpo para detectar cambios, mientras que la información fluye de los receptores sensoriales de todo el cuerpo al centro integrador. En los vertebrados, el cerebro suele tener las funciones de integrador. Evalúa la información que recibe y envía señales a los efectores (músculos y glándulas) para que lleven a cabo cualquier acción necesaria para mantener al cuerpo funcionando de manera adecuada. Control de la temperatura corporal por retroalimentación negativa La homeostasis suele involucrar una retroalimentación negativa, es decir, un proceso en el cual un cambio provoca una respues ta que contrarresta dicho cambio. Un ejemplo no biológico de retroalimentación negativa muy conocido es la manera en que funciona un calefactor con termostato. La persona fija en el termos- tato la temperatura que desea. Cuando la temperatura desciende por debajo del punto preestablecido, el calefactor se enciende y emite calor. Cuando la temperatura llega al nivel deseado, el ter- mostato apaga el calefactor. De manera similar, un mecanismo de retroalimentación negativa mantiene la temperatura interna de tu cuerpo en alrededor de 37 °C (98.6 °F). Piensa en lo que ocurre cuando te ejercitas en un día caluroso. La actividad muscular genera calor y la temperatura interna del cuerpo se eleva (figura 28.17). Los receptores sensoriales de la piel detectan el incremento y envían señales al cerebro. El cerebro envía señales que provocan una respuesta del cuerpo. El flujo sanguíneo cambia, de modo que fluye más sangre desde el interior caliente del cuerpo hacia la piel. Este cambio maximiza la cantidad de calor que se desprende al aire circundante. De manera simultánea, las glándulas sudoríparas de la piel aumentan su producción. La eva- poración de sudor ayuda a que la superficie del cuerpo se enfríe. Tu respiración es más rápida y profunda, acelerando la transferencia de calor desde la sangre en los pulmones hacia el aire. Los cambios hormonales hacen que te sientas más lento(a). A medida que tu nivel de actividad disminuye y la velocidad de pérdida de calor aumenta, tu temperatura desciende. Los receptores de la piel también notifican al cerebro cuando hace frío en el ambiente. Entonces el cerebro envía señales que provocan la desviación del flujo sanguíneo, el cual se aleja de la piel y reduce las transferencias de calor a la superficie del cuerpo, pues en ese sitio se liberaría calor hacia el aire circundante. Al mismo tiempo, las contracciones reflejas del músculo liso de la piel provocan que el vello cutáneo quede erecto, dando lugar a la “piel de gallina”. El vello erecto aísla mejor al cuerpo que el vello aplanado. Cuando el frío se prolonga, el cerebro ordena a los músculos esqueléticos que se contraigan de 10 a 20 veces por segundo. Esta respuesta de tiritar aumenta en forma considerable la producción de calor por parte de los músculos. biologia_28_c28_p448-465.indd 462 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 463 Células madre (una vez más) La fertilización in vitro, el proceso de unir óvulos con espermatozoides fuera del cuerpo humano, es una práctica común en las clínicas de fertilidad. Una vez efectuada la fertilización, algunas divisiones celulares dan lugar a un grupo de células más pequeño que un grano de arena. Este grupo se implanta en el útero de la madre o se congela para su uso posterior. En la actualidad se estima que hay alrededor de 500 mil embriones preimplantados de este tipo congelados. Muchos no serán implantados en el vientre de su madre, pero pueden ser fuente potencial de células madre, o de un niño si alguna mujer está dispuesta a llevar el embrión a término. ¿Cómo votarías? ¿Debería permitirse que los científicos iniciaran nuevos linajes de células madre embrionarias a partir de grupos de células humanas en etapa primaria producidos en clínicas de fertilidad pero que no se emplearán? Para más detalles, visita CengageNow* y vota en línea (west.cengagenow.com). *Este material se encuentra disponible en inglés y se vende por separado. Para repasar en casa ¿Cómo mantiene el cuerpo la homeostasis y funciona como un todo integrado? ❯ La retroalimentación negativa impide que las condiciones dentro del cuerpo humano se desvíen demasiado de las condiciones óptimas. ❯ Las células del cuerpo se comunican entre sí mediante las Gap y produciendo moléculas señalizadoras que son enviadas a cortas, y mayores distancias. destruyen morir se ancla Figura 28.18 Ilustración artística de la apoptosis, que representa a las enzimas como hojas de cuchilla. A B Figura 28.19 Animada Cómo se forman los dedos humanos. A A los 48 días de la fertilizació n, los dedos embrionarios están conectados por pliegues interdigitales. B Tres días más tarde, tras la apoptosis de las células que constituyen los pliegues membra- nosos, los dedos se separan. Comunicación intercelularPara que el cuerpo funcione como un todo integrado, las células deben comunicarse con sus vecinas, y a menudo con otras célu- las más distantes. Las uniones de espacios permiten que las sus- tancias se transmitan con rapidez entre células adyacentes. Para la comunicación entre células más distantes, se emplean señales moleculares especiales. Algunas de estas señales se difunden por el líquido intersticial hacia las células cercanas, mientras que otras, como las hormonas, recorren largas distancias a través de los vasos sanguíneos. La señalización intracelular suele llevarse a cabo en tres pasos. Primero, una molécula señalizadora se enlaza en forma reversi- ble con un receptor. A menudo, los receptores son proteínas de membrana. Segundo, las señales son transducidas, lo que significa que se convierten en una forma que actúa dentro de la célula que recibe la señal. Tercero, la célula responde a la señal. Por ejemplo, la apoptosis es un proceso de muerte celular programada y se inicia cuando las señales moleculares se enlazan con receptores en la superficie de la célula (figura 28.18). El enlace pone en movimiento una cadena de reacciones que dan lugar a la activación de enzimas autodestructivas. Algunas de estas enzimas destruyen proteínas estructurales como las proteínas del citoesqueleto y las histonas que organizan el ADN. Otras enzimas destruyen los ácidos nucleicos. Como resultado de estas activi- dades, la célula muere. Durante el desarrollo, la apoptosis ayuda a esculpir las partes del cuerpo. Por ejemplo, algunas células mueren en las manos del feto mientras éste se desarrolla. Una mano embrionaria tiene apa- riencia similar a una pala; más adelante, la apoptosis de las células divide dicha pala para dar lugar a los dedos (figura 28.19). apoptosis Mecanismo de muerte celular programada. receptor sensorial Célula o componente celular que detecta un estímulo específico. retroalimentación negativa Cambio que provoca una respuesta que contrarresta dicho cambio; mecanismo importante de la homeostasis. biologia_28_c28_p448-465.indd 463 11/13/12 2:54 PM 464 Unidad 6 Cómo funcionan los animales Sección 28.1 Una célula madre puede dividirse para formar más células madre o diferenciarse para formar células especializadas. Las células madre embrionarias pueden producir cualquier tipo de célula del organis mo. Después del nacimiento, las células madre son menos versátiles y sólo pueden formar determinados tipos de células. Los investigadores están probando diversos métodos para hacer que las células madre puedan formar tejidos que no se regeneran. Sección 28.2 La mayoría de los animales tienen cuatro tipos de tejidos que se organizan formando órganos y sistemas de órganos. El líquido extrace- lular sirve como ambiente interno del cuerpo. En los humanos, está formado por líquido intersticial y plasma. Las estruc- turas de los animales se han definido a partir de las restricciones físicas y la historia evolutiva. Sección 28.3 El epitelio tiene una superficie libre y la otra superficie secreta es la membrana basal. Algunas células epiteliales tienen cilios o microvellos en su superficie libre. Las glándulas están formadas por tejido epitelial. Las glándulas endocrinas no tienen conductos y secretan hormonas a la sangre. Las glándulas exocrinas secretan productos como la leche o las enzimas digestivas a través de conductos. Sección 28.4 Los tejidos conectivos “conectan” los tejidos entre sí, tanto de manera funcional como estruc- tural. Los diversos tipos de este tejido mantienen unidos, organizan, dan apoyo, refuerzan, protegen y aíslan a otros tejidos. Todos los tipos de tejido conectivo contienen células dispersas en una matriz extracelular hecha de sus propias secreciones. El tejido conectivo laxo, el tejido conectivo denso regular y el tejido conectivo denso irregular, tienen los mismos componentes pero en distinta proporción. Se clasifican como tejidos conectivos blandos. El cartílago, el tejido óseo, el tejido adiposo y la sangre se clasifican como tejidos conectivos especializados. Sección 28.5 El tejido muscular se contrae (se acorta) al percibir un estímulo. Esto ayuda a mover el cuerpo y las partes que lo componen. Los tres tipos de tejido muscular son músculo esquelético, músculo car- diaco y músculo liso. El músculo esquelético y el músculo cardiaco tienen apariencia estriada. Sólo el músculo esquelético se encuentra bajo control voluntario. Sección 28.6 Las neuronas del tejido nervioso forman líneas de comunicación por todo el cuerpo. Los diferentes tipos de neuronas detectan, integran y evalúan la información sobre las condiciones internas y externas, y llevan órdenes a los músculos y glándulas que efectúan respuestas. El tejido nervioso también contiene células neurogliales o neuroglía. Estas células protegen y dan apoyo a las neuronas. Sección 28.7 Un sistema de órganos consta de dos o más órganos que interaccionan de manera química, física, o de ambos tipos en diversas tareas que ayu- dan a funcionar a las células individuales y a todo el cuerpo. Todos los vertebrados tienen el mismo conjunto de sistemas de órganos. Muchos órganos internos residen dentro de una cavidad corporal derivada del celoma. Los sistemas de órganos interaccionan para suministrar a las células los materiales que necesitan y liberar al cuerpo de desechos. Sección 28.8 El sistema tegumentario tiene fun- ciones de protección, control de la temperatura, detección de cambios en las condiciones externas, producción de vitamina D y defensa. Consta de la piel (la epidermis, o capa externa, y la dermis, o capa más profunda), estructuras que se derivan de la piel (como el pelo), y el tejido conec- tivo y adiposo subyacentes. Sección 28.9 La homeostasis requiere de recep- tores sensoriales que detectan cambios, de un centro integrador (el cerebro) y de efectores (músculos y glándulas) que producen respuestas. La retroali- mentación negativa a menudo tiene una función en la homeostasis: un cambio provoca que el cuerpo responda contrarrestando dicho cambio. Las señales intercelulares permiten al cuerpo comportarse de manera integrada, por ejemplo, cuando provocan la apoptosis, o muerte celular programada. 1. Los tejidos _____ son similares a una capa con una superficie libre. a. epiteliales c. nerviosos b. conectivos d. musculares 2. ______ conforman un sello a prueba de agua entre las células. a. Las uniones estrechas c. Las uniones de espacios b. Las uniones adherentes d. Todas las anteriores 3. Las glándulas se derivan de tejido ______. a. epitelial c. muscular b. conectivo d. nervioso 4. La mayoría de ______ tienen mucho colágeno y fibras de elastina. a. los tejidos epiteliales c. los tejidos musculares b. los tejidos conectivos d. los tejidos nerviosos 5. ______ es más que nada plasma. a. El tejido adiposo c. El cartílago b. La sangre d. El hueso 6. El cuerpo transforma el exceso de carbohidratos y proteínas en grasas. _____ se especializa en el almacenamiento de grasas. a. El tejido epitelial c. El tejido adiposo b. El tejido conectivo denso d. b y c 7. Las células _____ pueden acortarse (contraerse). a. del tejido epitelial c. del tejido muscular b. del tejido conectivo d. del tejido nervioso 8. El tejido muscular _____ tiene una apariencia estriada y se encuentra bajo control voluntario. a. esquelético c. cardiaco b. liso d. a y c 9. ______ detecta e integra información sobre cambios y controla las respuestas a los mismos. a. El tejido epitelial c. El tejido muscular b. El tejido conectivo d. El tejido nervioso Resumen Autoevaluación Respuestas en el apéndice III biologia_28_c28_p448-465.indd 464 11/13/12 2:54 PM Capítulo 28 Tejidos, órganos y sistemas animales 465 10. La piel se oscurece cuando se expone ala luz solar porque ______ producen más pigmento. a. los melanocitos c. las células neurogliales b. los queratinocitos d. las neuronas 11. El corazón y los pulmones se encuentran en la cavidad ______. a. torácica c. craneal b. pélvica d. abdominal 12. En la retroalimentación negativa, un cambio induce una respuesta que _______ dicho cambio. a. aumenta b. contrarresta 13. La piel y las uñas son estructuras ricas en queratina formadas por el tejido _______. a. muscular c. epitelial b. nervioso d. conectivo 14. Relaciona las moléculas con sus características. glándula exocrina a. fuerte, flexible, elástico glándula endocrina b. secreción a través de un conducto cartílago c. capa de piel profunda dermis d. se contrae, no tiene estrías músculo liso e. tendones y ligamentos hueso f. cáncer de células epiteliales carcinoma g. recubrimiento de los pulmones sangre h. células en una matriz endurecida tejido adiposo i. tejido conectivo líquido tejido conectivo j. secreción sin conducto denso regular k. almacena grasa epitelio escamoso simple Preguntas adicionales se encuentran disponibles en *. Actividades de análisis de datos Cultivo de piel para tratar heridas La diabetes es un trastorno en el cual el nivel de azúcar en la sangre se encuentra fuera de control. Entre otras complicaciones, este trastorno reduce el flujo sanguíneo en las piernas y los pies. Como resultado, cerca de 3 millones de pacien tes diabéticos tienen úlceras (heridas abiertas que no sanan) en los pies. Cada año, cerca de 80 mil diabéticos requieren de amputaciones. Es posible cultivar fibroblastos y queratinocitos para producir un sustituto de piel cultivada que se coloca sobre este tipo de heridas para ayudarlas a sanar. En la figura 28.20 se muestra el resultado de un experimento clínico en el cual se comparó el efecto de un producto de piel cultivada contra un tratamiento están- dar para lesiones de pie diabético. Los pacientes fueron asignados de manera aleatoria al grupo de tratamiento experimental o al grupo de control y su progreso fue monitoreado durante 12 semanas. 1. ¿Qué porcentaje de heridas había sanado en la octava semana cuando se trató de la manera estándar? ¿Y cuando se trató con la piel cultivada? 2. ¿Qué porcentaje de heridas había sanado en la semana 12 cuando se trató de la manera estándar? ¿Y cuando se trató con la piel cultivada? 3. ¿A partir de qué momento fue evidente la diferencia de cicatrización entre el grupo de control y el grupo con tratamiento? . Animaciones e interacciones en *: ❯ Funciones de los sistemas de órganos de los vertebrados; Estructura de la piel humana; Apoptosis durante el desarrollo de una mano Pensamiento crítico 1. Muchas personas se oponen al uso de animales para probar la seguridad de los cosméticos. Argumentan que existen métodos alternativos de prueba, como el uso de tejidos cultivados en el labo- ratorio. A partir de lo aprendido en este capítulo, evalúa las ventajas y desventajas de las pruebas en las que se emplean tejidos espe- cíficos cultivados en el laboratorio y aquellas en que se emplean animales vivos. 2. La radiación y los fármacos de la quimioterapia matan de forma preferente a las células que se dividen con mayor frecuencia, en particular las células cancerosas. Estos tratamientos para el cáncer también ocasionan que el cabello de la persona se caiga. ¿A qué se debe esto? 3. Cada nivel de organización biológica tiene propiedades emergentes que se derivan de la interacción de las partes que lo componen. Por ejemplo, las células tienen capacidad para la herencia, de la cual carecen las moléculas que las constituyen. ¿Puedes mencionar una propiedad emergente de algún tejido? ¿Y de un órgano que con- tenga dicho tejido? 4. La micrografía de la derecha muestra las células del recubrimiento de vías respiratorias que conducen a los pulmones. Las células de color dorado son ciliadas y las de color marrón más oscuras secretan mucosi- dad. ¿Qué tipo de tejido es este? ¿Cómo lo sabes? Figura 28.20 Resultados de un estudio de comparación del tratamiento estándar para úlceras en pie diabético con el uso de piel cultivada. Las barras muestran el porcentaje de pies ulcerados que sanaron en su totalidad. La foto de la derecha muestra un pedazo de piel cultivada. 60 50 40 30 20 10 tratamiento estándar tratamiento con piel cultivada 4 semanas 8 semanas 12 semanas P or ce nt aj e d e he rid as q ue s an ar on *Este material se encuentra disponible en inglés y se vende por separado. biologia_28_c28_p448-465.indd 465 11/13/12 2:54 PM
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