Biología, la vida en la tierra con fisiología TOMO 02-páginas-64

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E s t u d io d e c a s o
¿Cómo te amo?
‘iEspera! ¿Qué es esa luz que asoma por la ventana?
Es e l Este y Ju lie ta e s e l So l."
—Xomto y Julieta, Acto li, escena u
EN LA O BR A R O M E O Y JU L IE T A d e Shakespeare, dos 
adolescentes se enam oran a primera v is ta . Unas 
horas más tarde, m ientras Rom eo observa a Ju lieta 
asomada por la ventana , la v e com o si fuera e l Sol que 
ilum ina su v id a . Esta obra d e Shakespeare ilustra con 
dram atism o el poder de l am or rom ántico, por e l cual 
los am antes desafían a su fam ilia , arriesgan su fortuna 
y su fu turo y . por últim o, sacrifican su vida.
Desde luego , e l rom ance no es la única 
m anifestación de l am or. E l am or de una m adre p o r su 
hijo es igual d e poderoso . Incluso a lgunas personas 
han defin ido su v id a y han estado d ispuestas a m orir 
po r am or a Dios y a su país. Pero , ¿qué e s e l am o r? 
¿Todos estos tipos d e am or son d ife ren tes o están 
re lac ionados? ¿Q ué pasa en e l cerebro cuando dos 
am antes se encuentran o u n a m adre arru lla a su 
bebé?
Nadie lo sabe con seguridad; en todo caso, 
no en la gente. Q u izá lo sorprendente es que los 
neurocientíficos saben m ucho de l amor, o por lo 
menos d e la unión en parejas y e l sexo, en lo que 
respecta a un pequeño roedor llamado ratón de las 
praderas. Si Ju lie ta hubiera sido uno d e estos roedores, 
su prim er encuentro con Rom eo habria liberado gran 
cantidad d e oxitocina, la m ism a horm ona que 
provoca las contracciones uterinas durante e l parto.
La oxitocina se habria unido a receptores en algunas 
pequeñas áreas de l cerebro , haciendo que las células 
nerviosas liberaran dopam ina. conocida a menudo 
com o el qu ím ico del p lacer del cerebro. Se habria 
sentido m aravillosam ente. Es más, habria asociado 
esa sensación de euforia con Romeo. Asim ism o, en 
caso de que Romeo hubiera sido un ratón d e las 
praderas, algunas de las m oléculas y regiones del 
cerebro habrían diferido, pero e l resultado final habria 
sido s im ila r la liberación d e un torrente d e dopam ina, y 
habría pensado que la sensación que e llo le provocaba 
sólo podía estar asociada con Julieta. De m odo que es 
m uy probable que ambos ratones d e las praderas se 
aparearan y unieran sus vidas, aunado a ello e l hecho 
de construir un nido, v iv ir juntos y criar a sus hijos.
¿Cómo perciben su m undo los seres humanos y 
otros anim ales? ¿Cóm o evalúan lo que perciben, y se 
tranquilizan o em ocionan, tem en o se entusiasman? 
¿Cóm o responden con com portam ientos apropiados 
com o descansar, com er o aparearse? Aunque no se ha 
entendido por com pleto la mayoría d e las percepciones 
y comportamientos, las respuestas a estas preguntas se 
encuentran en e l sistem a nervioso.
A Amor: ‘ ¿Un fuego que brilla 
en los o jos de los amantes... 
una locura prácticamente 
discreta' o simplemente 
la mezcla correcta de 
sustancias químicas en lo 
más profundo del cerebro de 
los enamorados? El Microlus 
ochrogaster proporciona 
algunos conocimientos sobre 
la base neuroquimica del 
amor emocional, (detalle)
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7 3 4 Anatom íay fisiología animal
D e u n v i s t a z o
Estud io d e caso ¿C óm o te am o?
38.1 ¿Cuáles son las estructuras y las funciones 
de las células nerviosas?
l a s funciones de una neurona se localizan en partes 
separadas de la célula
38.2 ¿D e qué manera las neuronas producen 
y transm iten la información?
Las señales eléctricas transportan la inform ación dentro 
de un a so la neurona
Las neuronas utilizan sustancias qu ím icas para com unicarse 
entre sf en las sinapsis
Do core* Las señales e léc tricas en las neuronas 
B w F lix H ow Neurons W ork (d ispon ib le en Inglés)
Do corea La transm isión s ináptica 
Estud io do caso continuación ¿C ó m o te am o?
B to F U x H ow Synapsos W ork (disponible en inglés)
38.3 ¿Cóm o procesan la información los sistemas 
nerviosos?
E l lu jo de inform ación e n el sistem a nervioso requiere cuatro 
operaciones básicas
\
38.4 ¿Cóm o están organizados los sistemas 
nerviosos?
Los sistem as nerviosos com plejos están centralizados
38.5 ¿Cuáles son las estructuras y funciones 
del sistem a nervioso en los seres humanos?
El s is tem a nervioso periférico une al sistem a nervioso 
central con el resto del cuerpo
El sistem a nervioso central está con form ado p o r la médula 
esp inal y el cerebro
La m édu la espinal co n tro la m uchos reflejos y conduce la 
inform ación hacia y desde el cerebro 
El encéfalo se conform a d e varias estructuras q ue realizan 
«unciones especificas
Guardián d a la salud: D rogas, neurotransm isores 
y ad icción
Estu d io d a caso continuación ¿C óm o te am o?
El "hem isferio izquierdo’ y el “ hem isferio derecho ’ 
d e l cerebro se especializan en distintas funciones 
Fl aprendizaje y la m em oria im plican cam b ios b ioquím icos 
y estructurales en panes especificas d e l cerebro 
Investigación científica : Neuro im ageno log ia: 
observa r al ce reb ro en acc ió n 
Es tu d io d a caso o tro v is taz o ¿C óm o te am o?
38.1 ¿C U Á L E S SO N LA S E S T R U C T U R A S Y LAS 
F U N C IO N E S D E LA S C É L U L A S N E R V IO SA S ?
1 1 sistem a nerv ioso tiene dos tipos de células principales: n e u ro ­
nas, llam adas a m e n u d o célu las nerviosas, y cé la la s g lia le s C o m o 
te verá m ás adelante, las neuronas reciben, procesan y transm iten 
la in fo rm ac ión . Las células g lia les ayud an a la fu n d ó n n e u ro ñ a l de 
varias form as, co m o proveer nutrientes, regular la com pos ic ión del 
l íq u id o extracelular e n e l cerebro y L i m édu la esp inal, m odu la r la 
co m u n icad ó n entre las neuronas, y acelerar e l m o v im ie n to d e las 
señales eléctricas d en tro de las neuronas. A u n q u e las célu las gliales 
son m u y im portantes — pues el sistem a n e rv io so n o pod ría (unció- 
n a r s in ellas— , este cap ítu lo se enfoca e n la estructura y fu n d ó n de 
U s neuronas.
L a s fu n c io n e s d e u n a n e u r o n a s e lo c a liz a n 
en p a r t e s s e p a r a d a s d e la c é lu la 
l in a neurona debe realizar cuatro fundones:
1. R e d b ir in fo rm a rió n d e l am b ien te in te rno o extem o, o de 
o tras neuronas.
2. Procesar esta in fo rm a d ó n , a m e n u d o ju n to co n la d e otras 
fuentes, y p ro d u d r u n a señal eléctrica.
3. T ransportar la señal eléctrica, e n ocas iones a un a d is tand a 
considerab le, hasta la u n ió n con o tra célu la,
4. T ran sm itir la in fo rm a d ó n a o tras célu las, ya sea a otras 
neuronas o a las cé lu las de m ú scu los o g lándu las.
A u n q u e las neuronas va r ían e n gran m edida e n su estruc­
tura, e n Lt m ayoría d e los vertebrados éstas se encuentran co n fo r­
m adas p o r cuatro partes d iferentes: dendritas, u n cu e rp o celu lar,
u n axón y te rm ina les sinápticas (F IG U R A 38-1), que llevan a cabo 
las cuatro fu n d on es m enrionadas .
Las d en d rita s responden a los estím u los 
la s d en d rita s , form adas p o r tallos ram ificados q ue sobresalen del 
cuerpo celu lar, realizan la func ión d e 'r e d b ir la in fo rm a d ó n ' (F I­
G U R A 38-1 O y 0 ) . Sus ram as ofrecen un área d e su perfide exten­
sa para recib ir las señales, y a sea d e l am b iente o de otras neuronas, 
la s dendritas d e las neuronas sensoriales tienen adaptaciones e n la 
m em brana q ue les perm iten p ro d u d r señales eléctricas e n respues­
ta a estím ulos específicos del am b iente extem o (co m o presión, 
o lo r o lu z ) o in te rno (c o m o temperatura corporal, p H sanguíneo 
o la posic ión de un a a rticu lad ó n ). Las dendritas d e las neuronas 
en e l cerebro y la m édu la esp inal p o r lo regular responden a com­
puestos quím icos co n od d o s com o n e u ro tra n s m iso re s , liberados 
p o r otras neuronas.
E l cu e rp o ce lu la r p rocesa las seña les d e las dendritas 
las señales eléctricas v ia jan h a d a las dendritas y convergen e n el 
cu e rp o c e lu la r de las neuronas, q ue llevan a cabo la fu n d ó n de 
'p rocesar la in fo rm a d ó n ' (F IG U R A 38-1 © ) . E l cuerpo ce lu lar 
'a c u m u la ' o integra las señales eléctricas que recibe d e las dendri­
tas. C o m o se verá e n breve, algunas d e estas señales son positivas y 
otras son negativas. S i su su m a es lo bastante positiva, la neurona 
p roduce una señal eléctrica extensa y rápida co n o d d a co m o p o ­
te n c ia l d e a c c ió n (F IG U R A 38-1 0 ) F J cuerpo ce lu la r contiene 
tam b ién los organelos encontrados e n la m ayo ría d e las células, 
co m o n ú d e o , retícu lo endop lasm ático y aparato d e C o lg i, y realiza 
actividades celulares típicas co m o Li síntesis de m oléculas com p le ­
jas y la co o rd in ad ó n del m etab o lism o celular.
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0 sistema nervioso 735
4 F IG U R A 38-1 P a r t e s e sp e c ia liz a d a s 
y fu n c io n e s d e u n a n e u ro n a Las
flechas d* color rojo Indican los potenciales 
de acción que pasan del cuerpo celular al 
axón y las terminales sinópticas.
E l a x ó n c o n d u c e lo s p o te n c ia le s d e a c d ó n 
p o r la rg a s d is ta n d a s
En un a neurona típica, un a fib ra larga llam ada a x ó n se extiende 
hacia fuera d e l cuerpo celular. E l axón co n d u ce los potenciales de 
acd ó n (F IG U R A 38-1 O ) del cuerpo ce lu lar a las term inales sináp- 
ticas e n el ex trem o d e l axón, donde en tra e n contacto con otras 
célu las (F IG U R A 38-1 O y O ) l- °s axones ind iv iduales pueden 
extenderse desde tu m édu la esp inal hasta tus dedos d e l p ie, una 
d is tand a aproxim ada d e un m etro, por lo q ue las neuronas son 
las células m ás largas d e l cuerpo. Po r lo regular, los axones están 
un idos e n los n e rv io s , d e m o d o m u y s im ila r a los a lam bres u n i­
dos e n u n cable eléctrico. En los vertebrados, los axones un idos en 
los nervios surgen d e l cerebro y la m édu la esp inal y se extienden a 
todas las regiones d e l cuerpo.
E n la s s in a p s is , la s s e ñ a le s so n t r a n s m it id a s 
d e u n a c é lu la a o t r a
E l sitio d o n d e un a neurona se com un ica co n otra célu la se conoce 
co m o td n ap s ls . l in a sinapsis típica consiste e n ( I ) la te rm in a l s i ­
n ó p t ic a , q ue e s un cn san d ia in ien to e n el extrem o de u n axón de
la neurona 'tra n sm iso ra '; ( 2 ) un a d endrita o cuerpo ce lu lar d e una 
neu ro na 'recep to ra ', cé lu la m uscu la r o g la n d u la ry ( 3 ) un a peque­
ñ a brecha q ue separa am bas célu las (F IG U R A 38-1 © ) ; véase tam ­
b ién la figura 38-4 m ás adelante e n este cap ítu lo ). L a m ayoría de 
las term inales sinópticas contiene neurotransm isores liberados en 
respuesta a u n potencial d e acción que llega a la te rm ina l. La m em ­
brana plasm ática d e estas neuronas receptoras porta los receptores 
q ue se unen a los neurotransm isores y estim ulan una respuesta en 
esta célu la. Po r tanto, e n un a s inapsis, la sa lida de la prim era célu la 
se co n v ien e e n la entrada d e la segunda.
38.2 ¿D E Q U É M A N ER A LAS N EU RO N A S 
PR O D U C EN Y T R A N SM IT EN LA 
IN FO RM A C IÓ N ?
A unque h a y m uchas excepciones, co m o regla general, la in form a­
c ión se transporta dentro d e un a neu ro na por señales eléctricas, y la 
in fo rm ac ión se transm ite entre las neuronas m ediante neurotrans­
m isores q ue so n liberados p o r un a neurona y recib idos p o r una 
segunda neurona.
© C uerpo ce lu la r 
r te g ra las señales; 
coordino las actividades 
m etabólicas de 
fa neurona
dendrita / terminal 
. I ñ sinóptica
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7 3 6 A n j i o m ú y f i s io lo g ía a n im a l
Las señales eléctricas transportan la inform adón 
dentro de una sola neurona
En la década d e 1930, los b ió logos desarro llaron form as d e regis­
trar los eventos eléctricos dentro d e neuronas ind iv iduales. Des­
cubrie ron que un a neu ro na inactiva no estim ulada m an tien e una 
d iferencia d e vo lta je eléctrico constante, o potencial, e n toda su 
m em brana plasm ática, s im ila r a l vo lta je a través de los polos de 
un a batería. Este vo lta je, lla m a d o potencial de reposo, siem pre 
es negativo dentro d e la célu la y varía entre - 4 0 a - 9 0 m ilivo ltioe 
(m V ; m ilésim as d e v o lt io ) aproxim adam ente.
S i la n e u ro n a recibe u n estím u lo , y a sea na tu ra l o p o r un a 
co rrien te e léctrica ap licada por u n investigador, el potenc ia l e n su 
in te r io r puede vo lverse m ás o m enos negativo (F IG U R A 38-2). Si 
e l potenc ia l se vuelve su íid e n tem en te m enos negativo , a lcanza 
u n n ive l llam ad o um bral y p roduce u n potenc ia l d e acción. D u ­
ran te u n potenc ia l d e acc ión , e l vo lta je d e la n e u ro n a aum enta 
con rap idez a a lrededo r d e + 50 m V e n el in te r io r d e la cé lu la . Los 
potencia les de acc ió n d u ran unas cuantas m ilés im as de segundo 
antes d e la restauración d e l potenc ia l d e reposo negativo d e la 
cé lu la . Las m em branas p lasm áticas d e los axones se especia lizan 
en la co n d u cc ió n d e los potencia les d e acción desde e l cuerpo 
ce lu lar d e un a neu ro na hasta las te rm ina les sinápticas d e l axón. 
A d iferencia d e los vo lta jes eléctricos e n los a lam bres d e metal, 
q ue d ism in u yen co n la d istancia, los potenciales de 3cción son 
co n d u c id o s del cuerpo ce lu la r a la te rm in a l e n el axón s in n in gú n 
cam b io e n el vo lta je . En la sección 'D e cerca: l a s señales e léctri­
cas e n las n e u ro n as ', páginas 738 y 739, se estud ian los m ecanis­
m os celu lares d e los potenciales d e reposo y d e acción.
L a m ie lin a a c e le ra la co n d u c c ió n 
d e lo s p o te n c ia le s d e a c c ió n
l a ve loc idad a la q ue e l potencial d e acción v ia ja varía en gran me­
d id a en tre los a x o n o . E n general, cuanto m ás grueso sea el axón , el 
potenc ia l d e acción se m ueve con m ayo r rapidez. U n a fo rm a m u­
ch o m ás eficaz d e acelerar la conducc ión es cu b rir el axón co n un 
.lisiante constitu ido d e líp idos con oc ido co m o m i e l i n a (F IG U R A
38-3). La m ie lin a está fo rm ada p o r célu las gliales, o ligodendrocitos
▲ F IG U R A 3 8 - 2 E v e n t o s e l é c t r i c o s d u r a n t e u n p o t e n c i a l
d e a c d ó n O ún a neurona mantiene un vo lta je a través de la 
membrana plasmática, conocido como potencial de reposo, de 
alrededor de -80 m V en relación con el exterior. O l a estimulación 
del ambiente o de o tras células puede hacer que la neurona sea 
más negativa (deflexión hada abajo» o menos negativa (deflexión 
hada arriba). O Si el potencial se vuelve alrededor d e 10 a 20 m V 
menos negativo, la neurona alcanza el um bral y O produce un breve 
potencial positivo conocido como potencial de acción. O Después 
de una o dos milésimas de segundo, e l voltaje a través de la 
membrana plasmática d e la neurona regresa a l potencial de reposo.
en e l cerebro y la m édu la espinal, y células d e Schw ann en e l resto 
d e l cuerpo, que envue lven e l axón cubriéndo lo con varias capas 
de m em brana plasm ática aislante, con m u y poco citoplasm a entre 
sí. C ad a capa d e m ie lin a cubre alrededor de 0.2 a 2 m m d e l axón, 
d e jan do segm entos cortos de axón descubiertos, conocidos com o 
nodos. E n vezd e v ia ja r de m anera con tin ua pero m u y lenta p o r cl 
axón — casi siem pre alrededor de 1 a 2 metros p o r segundo— , los 
potenciales de acción en los axones cubiertos co n m ie lin a 's a lta n ' 
con rapidez d e un no d o a otro, v ia jand o a un a ve loc idad d e 3 a 100 
metros por segundo (véase la figura 38-3).
► F I G U R A 3 8 - 3 U n a x ó n 
( « c u b i e r t o c o n m i e l i n a Los axones 
de muchos vertebrados están cubiertos 
con mielina. que consiste en capas 
aislantes de membranas de células 
gliales especializadas. Los potenciales 
de acción ocurren sólo e n los nodos 
entre cada capa d e mielina. saltando 
de un notto a otro (flechas de color 
rojo), sin tardar casi nada en viajar por 
debajo d e la mielina.
----------------t lo m p o
( m ilé s im a s d e s e g u n d o )
n o d o
cubierta 
de mteüno
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