Biologia 3 - Unidad 2

Bloque 3 Biología Unidad 2: Las funciones homeostáticas y las estructuras asociadas Introducción Una de las condiciones necesarias para la subsistencia de cualquier ser vivo es que, dentro de determinados rangos, se mantengan constantes las condiciones de su medio interno. Se puede decir que todos los tejidos, órganos y sistemas de órganos cumplen funciones en este sentido. Por ejemplo, la eliminación de dióxido de carbono es cubierta por el sistema respiratorio, la circulación sanguínea cumple un papel fundamental en el mantenimiento de la temperatura corporal, etc. Sin embargo, algunos sistemas de órganos tienen un lugar preponderante en este aspecto, ya que su función prioritaria es, precisamente, el mantenimiento de las condiciones del medio interno aún frente a las variaciones del medio externo. A este fenómeno se lo denomina homeostasis. El sistema urinario juega un rol primordial en la homeostasis corporal, ya que entre sus funciones más importantes está la de mantener el equilibrio hídrico (cantidad de agua) del organismo, eliminar los productos finales del metabolismo que son potencialmente tóxicos y mantener constantes la concentración de iones fundamentales para muchas funciones corporales (los iones de potasio, sodio, calcio, etc.). En los vertebrados, los órganos más importantes de excreción son los riñones. Estos regulan la cantidad de agua en el organismo, y su producto excretado, la orina, concentra los desechos metabólicos (algunos de ellos tóxicos) y sales de diverso tipo. Otro de los sistemas cuya función es fundamental en el mantenimiento de condiciones estables del medio interno es el sistema inmunitario. El organismo está constantemente en contacto con sustancias extrañas a él y potencialmente patógenas (que pueden provocar enfermedades). Un delicado equilibrio le permite discriminar los componentes propios de los ajenos y destruir o regular la presencia de estos últimos. El descubrimiento de los procesos de inmunidad y sus aplicaciones lleva salvadas millones de vidas desde hace unos 100 años, porque a partir de ese conocimiento se pudieron desarrollar las vacunas y el ataque químico a los agentes infecciosos.

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En esta unidad estudiaremos los aspectos fundamentales de los sistemas urinario e inmunitario y centraremos nuestra atención en describir su estructura y funciones en los seres humanos, respondiendo preguntas como estas: • ¿Cómo está formado el sistema urinario humano? • ¿De qué manera la formación de la orina regula las condiciones del medio interno? • ¿Cuál es el papel del sistema circulatorio en la función de excreción? • ¿Cuáles son las “barreras” que el organismo opone al ingreso y proliferación de agentes patógenos? • ¿Cómo actúan los diferentes mecanismos inmunitarios? • ¿Qué consecuencias tiene la alteración del funcionamiento de estos sistemas?

Contenidos 2.a. El sistema urinario y su función excretora. 2.b. La respuesta inmune: el reconocimiento de lo propio y de lo ajeno.

Bibliografía sugerida • Aljanati D.; Wolovelsky E.; Tambussi C. Biología III: “Los códigos de la vida”, Ediciones Colihue, Buenos Aires, 1997. • Barderi M.; Cuniglio F.; Fernández E. y otros. Biología: “Citología, Anatomía y Fisiología. Genética, Salud y Enfermedad”, Editorial Santillana (Polimodal), Buenos Aires, 1998. • Bocalandro N., Frid D., Socolovsky L. Biología I: “Biología humana y salud”, Editorial Estrada (Polimodal), 1999. • Lacreu L.; Rubel D.; Guahnon E., “Ciencias Biológicas 3”, Editorial Santillana, Buenos Aires, 1990.

Como en la Unidad 1, también aquí, en cada actividad en la que se le pida que para su resolución busque información en los textos, Ud. verá el símbolo Este símbolo indica que podrá encontrar orientaciones para la búsqueda de información al final de la Unidad.

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2.a. El sistema urinario y su función excretora El balance hídrico Aunque no seamos conscientes, existe una “lucha” permanente de nuestro organismo contra las condiciones variables del ambiente. Con cada vaso de líquido que ingerimos, el organismo reacciona “testeando” la cantidad de agua que ingresa al cuerpo y automáticamente se disponen los mecanismos necesarios para mantener niveles normales de líquido, tanto entre las células como dentro de ellas. Lo mismo ocurre cuando perdemos agua y sales a través de una transpiración excesiva o por otras causas. Los sistemas de excreción tienen un papel fundamental en la regulación del nivel de agua y de sales en el organismo manteniendo lo que se denomina un equilibrio hídrico e iónico respectivamente. Un fenómeno importante que incide en la cantidad de agua que ingresa o egresa de las células es el llamado fenómeno de ósmosis. Las siguientes actividades lo familiarizarán con este fenómeno físico y sus consecuencias para los seres vivos.

Actividad n° 1 En la Unidad 1 mostramos una situación imaginaria según la cual los gases que se presentan en diferentes grados de concentración, a uno y otro lado de una membrana semipermeable, difunden según su gradiente de concentración. Algo parecido sucede con el agua y la concentración de sales disueltas en ella. El fenómeno por el cual se produce el movimiento del agua según una diferencia de concentración de iones se denomina ósmosis. Amplíe en la Bibliografía el concepto de ósmosis y luego resuelva esta actividad. Observe atentamente el siguiente esquema:

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Agua destilada Membrana semipermeable Agua con sal Recipiente impermeable

• Indique con una flecha cuál será el sentido de movimiento del agua en las condiciones que se plantean en el esquema.

Los organismos, dependiendo del medio en el que se encuentren, pueden tener en su interior una concentración mayor, menor o igual de sales que aquel. Según sea el caso, se clasifican en: ✓ Organismos hipertónicos: mayor concentración de iones en el interior del organismo que en el agua. ✓ Organismos hipotónicos: menor concentración de iones en el interior del organismo que en el agua. ✓ Organismos isotónicos: la misma concentración de iones en el interior del organismo que en el agua.

Actividad n° 2 Observe atentamente los siguientes esquemas que representan un organismo sumergido en agua con diferentes concentraciones de iones:

Organismo hipertónico respecto al medio.

Organismo isotónico respecto al medio.

Organismo hipotónico respecto al medio.

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a. Indique en cada caso -utilizando una flecha- cuál será el sentido en que tenderá a moverse el agua (hacia el organismo o hacia el medio externo). b. Si tomamos el caso de un organismo hipotónico respecto al medio, al que le falla el sistema que mantiene su balance hídrico, ¿qué pasará con su volumen: aumentará o decrecerá? c. ¿Un pez de agua dulce será hipertónico o hipotónico respecto al medio donde vive? ¿Por qué? ¿El agua tenderá a ingresar o a salir del cuerpo?

Actividad n° 3 La siguiente experiencia puede hacerse fácilmente en casa y nos da una idea del fenómeno de ósmosis en los seres vivos sometidos a ciertas condiciones del medio exterior. Primero se toma un huevo de gallina (crudo) y se lo sumerge durante varias horas en vinagre hasta que la cáscara se disuelva totalmente y quede expuesta la membrana interna de huevo (una membrana biológica, por supuesto, y por lo tanto semipermeable). Luego, con mucho cuidado para que no se rompa, se enjuaga el huevo y se lo coloca en un recipiente con agua destilada sumergiéndolo totalmente en ella (el agua destilada se puede comprar en la farmacia o en una estación de servicio). Al cabo de algunas horas se percibirá un cambio notable en el volumen del huevo. a. ¿Aumentará o disminuirá, en las condiciones descriptas? ¿Por qué? b. ¿Qué ocurrirá si ahora sacamos el huevo del agua destilada y lo pasamos a un recipiente con agua y unas cucharadas de sal gruesa? ¿Por qué? Si se atreve, gaste un huevo y haga la experiencia para comprobar si sus respuestas fueron acertadas.

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Actividad n° 4

Así como la diferencia en la concentración de sales y otras sustancias disueltas en el agua a uno y otro lado de una membrana determina hacia dónde migrará dicha agua (proceso de ósmosis); también la concentración de iones (partículas de las sales disueltas en el agua u otro líquido), determinará el movimiento de estos a través de las membranas biológicas. Este fenómeno se denomina difusión. Mientras que, para que ocurra el proceso de ósmosis es necesario que se interponga una membrana semipermeable entre las soluciones, la difusión ocurre aunque no haya una membrana que separe las zonas de diferente concentración. Un ejemplo es la difusión de una gota de tinta en un vaso de agua. Busque en la Bibliografía el mecanismo de difusión y repase el de ósmosis. • Ejemplifique en los siguientes esquemas cada uno de estos procesos, colocando una flecha que indique el sentido del movimiento de las partículas y el tipo de partículas que se desplazan a través de la membrana: Membrana biológica

ÓSMOSIS

Membrana biológica

DIFUSIÓN Sustancias disueltas

Particulas de agua

Sustancias disueltas

Particulas de agua

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Nota:Le recordamos aquí que -tal como referimos en la Unidad 1 para la difusión de gases- los movimientos netos de agua durante la ósmosis, y de iones durante la difusión, se producen hasta que se alcanza un equilibrio dinámico. En estas condiciones de equilibrio, a un lado y otro de la membrana se mantendrá la misma concentración de iones en las soluciones.

Anatomía del sistema urinario humano Aunque los movimientos de agua por el proceso de ósmosis se rigen por la diferencia en la concentración de iones a uno y otro lado de las membranas biológicas; los organismos pluricelulares, normalmente, no aumentan o disminuyen sensiblemente su volumen en función de los cambios en las concentraciones de iones. Esto ocurre así porque existen eficientes y variados mecanismos de excreción que compensan esta tendencia del agua a moverse por ósmosis a través de las membranas biológicas. Cada célula que forma parte de un organismo pluricelular (o la única célula que constituye un organismo unicelular), regula la cantidad de agua en su interior a través de vacuolas contráctiles cuya función es recoger el exceso de agua del citoplasma y expulsarlo al exterior. Las vacuolas contráctiles se llenan paulatinamente de líquido proveniente del citoplasma hasta que alcanzan un volumen determinado, y luego se contraen rápidamente expulsando al exterior ese líquido y disminuyendo su volumen para reiniciar el ciclo. En los animales, independientemente de que cada una de sus células elimina líquido de la forma descripta, existen sistemas especializados para la excreción del exceso de agua del organismo en su conjunto. Como ya mencionamos, en los humanos (y en general en todos los vertebrados), este sistema está constituido primordialmente por el sistema urinario y particularmente por los riñones, aunque otros órganos también cumplen funciones excretoras.

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Actividad n° 5 • Busque en la Bibliografía un esquema del sistema urinario humano, memorice los nombres de cada una de sus partes, y con dicha información complete este esquema:

Nota: Probablemente, Ud. vea en algunos de los libros unos órganos ubicados sobre los riñones que llevan el nombre de “ glándulas suprarrenales”. Pese a su ubicación y nombre, estos órganos no tienen relación alguna con el sistema urinario, sino que están relacionados con funciones hormonales.

Estructura y función de los riñones. La formación de la orina Desde hace algunos años se ha hecho cada vez más habitual la práctica médica del transplante de riñón. Es un error común considerar como órganos “vitales” solamente al corazón y al cerebro y otorgar un papel secundario a otros órganos: una alteración en el funcionamiento de los riñones (así como también del hígado, la médula ósea y tantos otros órganos y sistemas) compromete seriamente la vida de las personas. En este sentido, como ya adelantamos, los riñones cumplen un papel fundamental en el

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mantenimiento homeostático, sin el cual el organismo se descompensa con graves consecuencias para el enfermo, incluyendo según el daño causado, la posibilidad de muerte. Los riñones están formados por una cantidad de pequeñas unidades menores llamadas nefrones. Hay aproximadamente 1.300.000 nefrones en cada riñón humano. La función del órgano en su conjunto es el resultado de la función de cada una de estas unidades, donde tiene lugar el proceso de formación de la orina. Por otra parte, los uréteres y la vejiga cumplen la función pasiva de conducir y contener, respectivamente, la orina generada en cada nefrón y regular su expulsión a través de la micción.

Actividad n° 6 Los nefrones son las estructuras clave del proceso de excreción ya que conectan el sistema circulatorio que transporta las sustancias que serán excretadas con el sistema urinario, encargado de “filtrar” la sangre y formar la orina. Una porción de los nefrones pertenece exclusivamente al sistema urinario y otra pertenece al sistema circulatorio. a. Busque en la Bibliografía el esquema de los nefrones e identifique qué partes pertenecen al sistema urinario y cuáles al circulatorio. Sobre la base de dicha información, complete el siguiente cuadro:

SISTEMA

ESTRUCTURA

Circulatorio

Urinario

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b. La formación de orina en los nefrones consiste en tres procesos íntimamente asociados, a saber: ✓ Filtración ✓ Reabsorción ✓ Secreción • Defina los aspectos más importantes de cada uno de estos procesos.

Actividad n° 7 La orina es un líquido de desecho que tiene una composición compleja. Un alto porcentaje es agua, en la cual se encuentran disueltas una cantidad de sustancias que son producto del metabolismo celular: sales como las de potasio o fosfatos, urea, etc. Incluso, una buena parte de los medicamentos (u otras drogas) que ingerimos se eliminan a través de la orina. Ejemplo de ello son los antibióticos o los psicofármacos. a. Busque en la Bibliografía o en las referencias de un análisis clínico de orina, la lista de sustancias que la componen y los valores considerados normales de cada una de ellas. b. Investigue qué posibilidades de diagnóstico ofrece un análisis de orina que dé cómo resultado la presencia de altas concentraciones de glucosa. c. Teniendo en cuenta las funciones del sistema urinario, ¿por qué razón es posible realizar el control antidóping a los deportistas realizando un análisis de orina?

2.b. La respuesta inmune: el reconocimiento de lo propio y de lo ajeno

Actividad n° 8 Para comenzar con este tema, busque en la Bibliografía las definiciones de:

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• Contagio. • Enfermedad infectocontagiosa. • Agentes patógenos.

Como ya dijimos, uno de los mecanismos de mantenimiento de la homeostasis de mayor importancia es el que cumple el sistema inmunitario. Este sistema constituye la principal protección del organismo contra la proliferación de agentes patógenos, con los que nos encontramos en permanente contacto. Pero no sólo el sistema inmunitario provee protección ante estos agentes. Otros mecanismos, no menos importantes, colaboran en ese aspecto. Es por ello que se suele dividir en tres grandes grupos al sistema de protección. Estos grupos son: ✓ Barreras primarias ✓ Barreras secundarias ✓ Barreras terciarias

Actividad n° 9 Sobre la base de una investigación en los textos, complete el siguiente cuadro acerca del sistema de protección del organismo ante el ingreso de agentes patógenos:

PROTECCIÓN

EJEMPLOS

BREVE DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE ACCIÓN

Barreras primarias o primer sistema de defensa Barreras secundarias

Barreras terciarias

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• ¿Cuál de estas tres barreras es la más inespecífica1 ? ¿Por qué?

El sistema inmunitario propiamente dicho tiene una doble función, importante y delicada: reconocer lo que es propio del organismo y distinguirlo de lo que es ajeno, y también eliminar o controlar la proliferación de todo aquello que no es reconocido como propio y que podría representar un peligro potencial para la salud. Algunos tipos de microorganismos pueden estar presentes en el organismo y no resultar peligrosos para el mismo. Sólo en el caso en que puedan multiplicarse e invadirlo podrán significar un verdadero peligro para su portador. De hecho, nuestro cuerpo alberga una cantidad enorme de microorganismos que no causan ningún problema o bien aportan algunos beneficios. Esos mismos microorganismos pueden representar un peligro si se multiplican más allá de ciertos límites o si proliferan en zonas del cuerpo donde no deberían normalmente encontrarse.

Actividad n° 10

a. ¿Por qué sería incorrecto calificar de patógeno a todo microorganismo que habita nuestro cuerpo? b. Busque ejemplos de microorganismos que normalmente se encuentran en nuestro cuerpo formando parte de lo que se denomina “flora bacteriana”. • ¿En qué órgano/s se encuentran? • ¿Qué función cumplen? Le recordamos que, además de investigar en la bibliografía sugerida en la Unidad, para ampliar su información y tener una idea más general sobre los microorganismos y su papel en la salud humana, puede recurrir a la Guía del Bloque 1, punto 2.d: “Los microorganismos y la salud humana” , así como consultar en la bibliografia que allí se recomienda.

1

Se dice que la defensa es inespecífica cuando impide la entrada o actúa sobre cualquier agente potencialmente infeccioso; es decir, no actúa contra determinados agentes patógenos en particular. Por el contrario, el sistema es específico cuando actúa sólo sobre determinados microorganismos previamente reconocidos por el sistema inmunitario como agentes patógenos.

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La inmunidad innata o inespecífica Como vimos en la Actividad 9 de esta unidad, las barreras primarias o primer sistema de defensa son de tipo mecánico: la piel que impide la entrada de agentes patógenos al sistema circulatorio, las mucosas digestivas que atrapan a los microorganismos antes de que ingresen a la sangre, los jugos digestivos que crean un medio ácido que impide que sobrevivan, etc. No obstante, si estas primeras barreras no son efectivas y los agentes patógenos penetran al sistema circulatorio, enfrentarán un segundo sistema de defensa mucho más activo: los glóbulos blancos. Existen tres tipos básicos de glóbulos blancos: ✓ Los fagocitos (macrófagos y otros) ✓ Los linfocitos B ✓ Los linfocitos T Estos tres tipos de glóbulos blancos interactúan entre sí proveyendo inmunidad ante las infecciones.

Actividad n° 11 a. De los tres tipos de leucocitos (o glóbulos blancos) que conoce, ¿cuáles participan del sistema de inmunidad conocido como inmunidad innata? b. Describa brevemente cómo actúan estos ante el ingreso de un microorganismo al torrente circulatorio. c. ¿Por qué se denomina inmunidad “innata” a la inmunidad inespecífica?

Inmunidad adquirida o específica

Actividad n° 12

En la primera unidad de esta guía hemos descripto el sistema circulatorio humano pero no hemos mencionado otro sistema estrechamente ligado a él: el sistema linfático.

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La palabra linfocito, que identifica a algunos tipos de glóbulos blancos, proviene de linfa = líquido del sistema linfático, y cito = célula. Literalmente, los linfocitos son células del sistema linfático. Busque en la Bibliografía el sistema linfático humano y observe un esquema del mismo. a. Mencione las principales funciones del sistema linfático. b. Explique la relación que tiene con el sistema circulatorio. c. Nombre tres diferencias estructurales entre el sistema linfático y el sistema circulatorio.

Preste atención al hecho de que los linfocitos no tienen su origen en el sistema linfático. Como vimos en la Unidad 1, se originan en la médula ósea a partir de las células madre hematopoyéticas, que dan origen tanto a los glóbulos rojos como a todos los glóbulos blancos y a las plaquetas. Por otra parte, estos linfocitos producidos en la médula ósea “maduran” (se hacen competentes para cumplir su función inmunológica) en la glándula denominada timo. Sin embargo, los linfocitos ya maduros se concentran en los ganglios del sistema linfático y recorren desde allí el organismo, tanto circulando con la linfa como con el plasma sanguíneo. A diferencia de los fagocitos, los linfocitos T y B participan de la denominada inmunidad adquirida y otorgan una propiedad muy importante: la memoria inmune.

Actividad n° 13 Para que actúe la inmunidad adquirida, es necesario que el sistema inmunitario tome contacto con un antígeno. Busque en la Bibliografía el concepto de antígeno y responda: a. ¿Sólo los microorganismos son antígenos? Justifique la respuesta. b. ¿Qué otros ejemplos de antígenos puede dar?

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Actividad n° 14 Hasta el momento hemos mencionado dos tipos de inmunidad: innata o inespecífica y adquirida o específica. a. ¿Se puede afirmar que una de ellas tiene una respuesta más rápida que la otra ante el ingreso al organismo de un antígeno determinado? b. Si es así, ¿cuál es el tipo de inmunidad de actuación más rápida? c. ¿Qué ventajas trae para el organismo el tipo de inmunidad más “lento”?

Uno de los aspectos más sorprendentes del sistema inmunitario es el hecho de que miles o millones de antígenos diferentes puedan ser reconocidos, memorizados y destruidos por este sistema a través de los mecanismos de inmunidad adquirida.2

Los mecanismos de reconocimiento son muy complejos y no los trataremos en detalle. Aquí nos bastará con decir que son mecanismos moleculares, en los cuales una molécula que actúa como antígeno se une a otra que actúa como anticuerpo, y permite que este complejo antígeno-anticuerpo sea reconocido y neutralizado o destruido rápidamente. En este proceso intervienen los fagocitos llamados macrófagos (algo así como grandes comedores), y los linfocitos T y B. Intervienen también células de memoria inmunitaria, que ante un nuevo ingreso del mismo antígeno reaccionarán rápidamente contra él produciendo el anticuerpo apropiado, ya que tienen archivado un “registro” molecular de la información necesaria para destruir el antígeno.

Actividad n° 15 a. La vacunación contra determinadas enfermedades, ¿se basa en los mecanismos de inmunidad adquirida o innata? Justifique su respuesta. b. Relate brevemente cuál es la acción que se busca sobre el sistema inmunitario cuando se administran vacunas. c. ¿Por qué muchas vacunas son obligatorias para toda la población y no se deja que cada persona decida por sí misma si se vacuna o no? 2 Por sus aportes en el descubrimiento de este mecanismo (la generación de anticuerpos monoclonales), César Milstein, investigador argentino radicado en Inglaterra, recibió el Premio Nobel de Medicina.

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Actividad n° 16 Lea atentamente el siguiente texto: La llegada a América por parte de los conquistadores, desde el siglo XV, trajo como consecuencia profundos cambios culturales, económicos y políticos en las poblaciones americanas. Asimismo, el sometimiento de las mismas durante los siglos posteriores -ya sea a través de las armas, del trabajo esclavo u otras formas de dominación-, produjeron la muerte de gran parte de los naturales. Sin embargo, un enemigo oculto y por mucho tiempo desconocido, causó entre las tribus de América el exterminio de poblaciones enteras: las enfermedades infecto-contagiosas . Algunas enfermedades, que en la Europa de esa época no tenían mayores consecuencias para quienes ocasionalmente las padecían o que al menos no se extendían a toda la población (tales como resfríos, algunas variedades “ benévolas” del sarampión o la sífilis), causaron en los naturales una mortan dad enorme. Luego de estos primeros contactos mortales con dichas enfermedades, la virulencia de las mismas se amortiguaba hasta hacerse similar a la que afectaba a la población europea. Este hecho, que no podía ser explicado en esos tiempos y que frecuentemente se atribuía a una predisposición natural de los nativos a contraer enfermedades, hoy es perfectamente explicable en términos de los conocimientos que tenemos sobre el funcionamiento del sistema inmune.

A partir de la lectura, conteste las siguientes preguntas: a. ¿Cuál supone que era la vía de contagio de las poblaciones nativas con enfermedades europeas totalmente desconocidas en el “Nuevo Mundo”? b. Dados los conocimientos actuales sobre el sistema inmune, ¿qué explicación encuentra para el hecho de que los primeros contactos con los microorganismos hayan producido niveles tan altos de mortandad? c. ¿Por qué dicha mortandad se redujo tanto a partir de los primeros brotes?

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Básicamente existen tres tipos de medicamentos que “colaboran” con el sistema inmunitario en la tarea de eliminar a los agentes patógenos que ingresan al organismo. Estos son los antibióticos, las vacunas y los sueros.

Busque en la Bibliografía las diferencias entre estos medicamentos.

Actividad n° 17 La difteria se transmite a través de un bacilo (un tipo bacteriano). Observe el siguiente gráfico donde se representa el grado de inmunidad de los niños a la difteria, en función de su edad, teniendo en cuenta que la curva fue obtenida sobre una población que nunca se vacunó contra esta enfermedad: % de niños inmunizados

Fuente: Brunet, M. “Historia natural de la enfermedad infecciosa”. Ed. Alianza, Madrid, 1982.

Tiempo

meses

años

a. ¿Cómo se puede explicar una inmunidad del 50 por ciento de los niños en el momento del nacimiento? b. ¿Cómo explicaría cada uno de los aumentos en el porcentaje de inmunidad de los niños después del noveno mes de nacimiento? c. Averigüe las edades en las que se inocula la toxina de la difteria (incluida en la vacuna triple bacteriana) para proveer una inmunidad artificial adquirida, y compárelas con los valores del gráfico. • ¿Qué conclusión puede sacar sobre las edades en las que se recomienda la vacunación de los niños?

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En la mayoría de los libros de texto Ud. encontrará una analogía muy común para referirse al sistema inmunitario, tal como: “es un sistema de defensa del organismo contra la invasión de virus y microorganismos”. Esta analogía “guerrerista”, donde se utilizan palabras como “ataque”, “defensa”, “invasión”, “ejército”, etc. no refleja realmente las características de este sistema. El sistema inmunitario no actúa exclusivamente contra los virus o bacterias sino contra antígenos de diverso tipo. Algunas de las sustancias identificadas por el organismo como antígenos no deberían, normalmente, causar ningún tipo de enfermedad. Sin embargo, en muchos casos, se desencadenan los mecanismos inmunitarios como si estas sustancias representaran un peligro y se producen anticuerpos contra las mismas.

Estrictamente hablando, el sistema inmunitario tiene por función el reconocimiento de lo que es propio del organismo distinguiéndolo de aquello que es ajeno a él.

Como consecuencia de ello, este sistema nos protege de las enfermedades infecciosas. En algunos casos, la acción del sistema inmunitario nos perjudica seriamente. Un ejemplo de la acción indeseable contra sustancias identificadas como antígenos por los mecanismos inmunitarios se presenta en los casos de los transplantes de órganos o tejidos. Ud. habrá escuchado, leído o ha sabido por experiencia propia, de la importancia -en casos de necesidad de transplantes- de buscar órganos de donantes compatibles con los del receptor para evitar el “rechazo”.

El rechazo de los órganos o tejidos transplantados se produce porque los mecanismos inmunitarios los reconocen como ajenos, fabrican anticuerpos contra ellos y los destruyen.

Actividad n° 18

Las transfusiones de sangre pueden interpretarse como un transplante de tejidos: el receptor de la sangre reemplaza parte de la suya por la que le es transfundida.

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Cuando se realizan transfusiones es muy importante que la sangre del donante y la del receptor sean inmunocompatibles. De esta forma, el organismo no reaccionará contra el tejido transfundido, lo cual, si pasara, provocaría serias consecuencias para el paciente, incluso la muerte. En el siguiente cuadro le presentamos los grupos sanguíneos humanos A, B, AB y 0 (cero). Se representa con la letra C la combinación de grupos sanguíneos que da compatibilidad entre el receptor y el dador, y con las letras NC la incompatibilidad entre ambos. Grupo del dador

Grupo A Grupo B

Grupo AB

Grupo O

NC

NC

C

Grupo B NC

C

NC

C

Grupo AB

C

C

C

NC

NC

C

Grupo del receptor

Grupo A

C

C

Grupo O NC

Según la información que aporta el cuadro, responda: (Por supuesto, también puede apoyarse en la Bibliografía para contestar estas preguntas). a. ¿Qué grupo sanguíneo tienen las personas llamadas “dador universal”? b. ¿Qué grupo sanguíneo tienen las personas llamadas “receptor universal”? c. ¿Cuántos antígenos de grupo existen en la sangre humana? ¿Cuáles son?

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Nota: Como Ud. seguramente ya sabe, además de los antígenos de grupo, existen los antígenos de factor o Rh. Estos pueden ser Rh - (negativo) o Rh + (positivo). Para no complicar la actividad sólo hemos tomado en cuenta el grupo sanguíneo. Aprovechamos esta oportunidad para decirle que, si aún no conoce su grupo y factor sanguíneos, le recomendamos que se haga un análisis (en cualquier hospital o sanatorio, requiere sólo de una gota de sangre y se comunica el resultado al interesado), ya que conocer el grupo y factor de uno y de los allegados puede resultar importante cuando es necesaria una transfusión de urgencia.

Actividad n° 19 Lea atentamente el siguiente texto: “En el año 1825 se empezó a transfundir sangre de un humano a otro, cambiando la práctica habitual anterior de transfundir sangre de animales (cerdos, perros o corderos) a los humanos. Esto último producía gran cantidad de muertes por causas que en ese entonces eran desconocidas”.3 • ¿A que atribuiría Ud. el hecho de que la sangre de animales produjera la muerte de los receptores humanos?

Además de las transfusiones y los transplantes de órganos o tejidos, entre los efectos no deseados producto de los mecanismos inmunes, se encuentran las reacciones alérgicas. Son muy comunes las reacciones inmunitarias contra el polvo, el polen, los chocolates, etc. que contienen sustancias que, para algunas personas, resultan antígénicas y desencadenan los síntomas que conocemos como alergias.

Las alergias son reacciones del sistema inmunitario contra sustancias que, para los que padecen esta enfermedad, se comportan como antígenos cuando ingresan al organismo. 3 Texto extraído del libro “ Historia Natural de la Enfermedad Infecciosa”, Macfarlane Burnet, Editorial Alianza Universidad, Madrid, 1982.

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Disfunciones del sistema inmunitario Determinadas alteraciones en el funcionamiento del sistema inmunitario ponen en peligro la vida del que las sufre. Frecuentemente estas alteraciones tienen como resultado que los mecanismos de inmunidad se vean fuertemente afectados, de forma tal que se genera una incapacidad para reconocer y/o unirse a los antígenos.

Actividad n° 20 a. ¿A qué peligros está sometida una persona cuyo sistema inmunitario se altera de forma tal que éste no reacciona frente a los antígenos? b. ¿Qué explicación encuentra para el hecho de que -cuando el sistema inmuntario funciona deficientemente-, bacterias que son habitantes comunes en nuestro cuerpo (como Escherichia coli en el sistema digestivo) se tornen peligrosas para la salud?

Una enfermedad infecto-contagiosa que afecta directamente al sistema inmunitario es el SIDA. El virus HIV4 parasita a los linfocitos y los destruye, impidiendo que el organismo reaccione ante el ingreso de agentes patógenos.

Actividad n° 21

Repase el papel que cumplen los linfocitos en el sistema inmunitario humano. Busque en la Bibliografía las características generales del SIDA y, en base a la información que recoja, realice esta actividad. a. Haga un relato breve que aclare qué significa el nombre completo de esta enfermedad: “Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida”. b. ¿Por qué se denominan “enfermedades oportunistas” a aquellas que presentan un peligro potencial de importancia para los portadores del HIV? c. ¿Todo portador del virus HIV presenta SIDA? Justifique su respuesta.

4 Las siglas HIV y VIH para designar al virus que provoca el SIDA son equivalentes. HIV es la sigla de las palabras inglesas que designan al virus. En castellano este se denomina Virus de la Inmudeficiencia Humana. De la misma forma encontrará, en algunos libros y publicaciones, la sigla AIDS que es el equivalente en inglés de la del castellano “SIDA”.

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Así como el SIDA provoca un funcionamiento incorrecto del sistema inmunitario en cuanto a que disminuye su acción sobre los antígenos y, consecuentemente contra los agentes patógenos, otras enfermedades alteran el sistema inmunitario en sentido inverso. Este tipo de enfermedades se conocen con el nombre de enfermedades autoinmunes y son causantes de algunas enfermedades muy graves y para las cuales todavía no se cuenta con tratamientos adecuados. Se sabe que el organismo aprende a reconocer como propias aquellas sustancias que están presentes durante la vida fetal y, por lo tanto, no resultarán antigénicas después del nacimiento. De esta forma el sistema inmunológico considerará “ajenas” a aquellas sustancias con las cuales el feto no interactuó. Cuando este sistema de “aprendizaje” falla, el sistema inmune puede reaccionar contra los tejidos del propio organismo (reacciones de autoinmunidad). Existen muchos ejemplos de enfermedades autoinmunes tales como la miastenia gravis, el lupus eritrematoso o la esclerosis múltiple. Los tratamientos disponibles para estas enfermedades se basan en el uso de medicamentos inmunodepresores (fármacos que deprimen los mecanismos naturales de inmunidad), pero estos son peligrosos por la posibilidad de dejar inerme al organismo frente a bacterias y virus que normalmente son eficazmente controlados. La complejidad y especificidad del sistema inmunitario desafían a la biología y la medicina actuales a comprender en profundidad su funcionamiento y, a partir de allí, diseñar una batería de aplicaciones que ayuden a combatir estas enfermedades. Aunque es mucho lo que se ha avanzado en los últimos años en la comprensión de los mecanismos moleculares de la inmunidad, todavía queda mucho por hacer.

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Bloque 3 Biología

Autoevaluación de la Unidad 2 1. Lea atentamente el siguiente texto:

Los peces óseos marinos tienen una situación extraña: corren peligro permanente de perder agua, y de esta forma, disecarse. De alguna manera, se puede pensar que tienen una situación similar a los organismos terrestres que habitan en zonas desérticas.

• ¿Cómo explicaría este hecho?

2. Un funcionamiento anómalo de los riñones altera las concentraciones de líquidos y sales en el organismo. También impide la excreción de sustancias tóxicas presentes en la sangre. Es por ello que las personas cuyos riñones no funcionan adecuadamente deben someterse a tratamientos periódicos de diálisis. El dializador es un aparato que actúa como un riñón artificial, “filtrando” la sangre para depurarla de las sustancias que normalmente deberían ser eliminadas a través de la excreción. El aparato consiste en un recipiente con una membrana semipermeable, de un lado de la cual se vuelca la sangre del paciente, y del otro una solución dializante con una concentración determinada de sustancias. Para que el proceso de hemodiálisis sea efectivo, la concentración de la solución dializante debe ser muy precisa. Teniendo en cuenta la forma en que el riñón permite la absorción y reabsorción de distintas sustancias presentes en la sangre: • ¿Por qué es tan importante una concentración equilibrada de las sustancias presentes en la solución dializante?

2. Lea atentamente la siguiente frase: De los dos mil litros de sangre que atraviesan diariamente el riñón, unos 180 litros de líquido pasan de los glomérulos a los nefrones. Sin embargo, en condiciones normales se excretan aproximadamente unos 1,8 litros de orina diarios.

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a. ¿Qué función del riñón explica estas diferencias entre la cantidad total de líquido filtrado y excretado? b. ¿En qué parte del nefrón ocurre este proceso? c. Dibuje muy esquemáticamente la parte del nefrón donde se produce el filtrado glomerular.

4. Lea atentamente el siguiente cuadro, donde se detallan las concentraciones de diversas sustancias en el plasma sanguíneo, el filtrado glomerular y la orina. Todas las concentraciones consignadas en el cuadro corresponden a los valores normales de una persona adulta y están expresadas en cantidad de gramos de la sustancia por litro de solución.

SUSTANCIA

PLASMA SANGUÍNEO GRAMOS/LITRO

FILTRADO GLOMERULAR GRAMOS/LITRO

ORINA GRAMOS/LITRO

1

1

0

Urea

0,25

0,25

20

Aminoácidos

0,30

0,30

0

70

0

0

6,65

6,65

10,5

Glucosa

Proteínas Sales

Basándose en los datos del cuadro, indique: a. ¿Qué sustancias no pasan del plasma sanguíneo al riñón permaneciendo siempre en sangre? Justifique su respuesta. b. ¿Qué sustancias son reabsorbidas por el organismo en el proceso de formación de la orina? c. ¿Qué sustancias son concentradas, en el proceso de formación de la orina?

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d. ¿Cuál es la función principal que cumple el riñón en el proceso de formación de la orina? e. ¿Qué otra importante función del riñón no surge de los datos del cuadro?

5. Pensando en los procesos de filtrado glomerular y de reabsorción de sustancias en la formación de la orina, ¿qué podría indicarle a un médico la presencia de glucosa en la orina de una persona? ¿Por qué?

6. ¿Qué medidas de emergencia habría que tomar con un paciente que presenta una importante disminución de glóbulos blancos. Justifique su respuesta.

7. La inflamación de los ganglios del sistema linfático se toma como un indicio de que se está operando en la persona un proceso infeccioso. • ¿A qué se debe esta interpretación del síntoma?

8. A fines del siglo XVIII, Edward Jenner, un médico inglés del medio rural, se dio cuenta de que las personas que estuvieron en contacto con vacas5 enfermas de viruela no contraían esta enfermedad que, en aquella época, se desataba como una peste fulminante que mataba a una parte importante de la población.

• ¿Cómo explicaría Ud. la inmunidad a la viruela de las personas que estuvieron antes en contacto con vacas infectadas?

9. Los transplantes de órganos o tejidos traen frecuentemente problemas de rechazo. Este problema se minimiza o desaparece en dos situaciones: -Cuando se hacen transplantes autólogos (de una parte a otra del organismo de la misma persona). 5

El nombre “vacuna” viene de esta original interpretación de Jenner de que las vacas infectadas de viruela transmitían inmunidad a las personas.

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-Cuando se hacen transplantes entre parientes muy cercanos (padres-hijos, entre hermanos, etc.).

a. Intente una explicación para este hecho. b. ¿Por qué un transplante entre gemelos podría considerarse un transplante autólogo con un riesgo ínfimo de rechazo del órgano o tejido transplantado?

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Bloque 3 Biología Respuestas a la Autoevaluación 1. Este hecho puede explicarse debido a que los peces óseos marinos tienen en su interior una concentración de sales menor que la del agua que los rodea (son hipotónicos respecto del medio). Como consecuencia, el agua tiende a moverse desde el interior del organismo hacia el ambiente por ósmosis. Esta fuga de agua continuaría hasta el establecimiento de un equilibrio entre la concentración de la solución salina dentro y fuera del organismo. Esto terminaría “secando” al pez. Sin embargo, diversos mecanismos fisiológicos que regulan la pérdida y ganancia de agua y sales, fundamentalmente regulados por la concentración de orina y el funcionamiento de glándulas especiales en las branquias, evitan que esto ocurra. Los animales terrestres de las zonas desérticas pierden agua por evaporación debido a la sequedad del ambiente donde viven y a la baja disponibilidad de agua para beber. El proceso por el cual se produce la pérdida de agua es distinto pero el problema que enfrentan es similar al de los peces aludidos en el texto.

2. Los iones (sales) y moléculas pequeñas que se filtran a través de las membranas semipermeables por difusión, lo hacen según las concentraciones de cada una de ellas a un lado y otro de la membrana. De esta forma, dichas sustancias tendrán un movimiento neto desde el lugar donde se encuentran en mayor concentración hacia el lugar donde están menos concentradas, hasta que se establece un equilibrio (concentraciones iguales a ambos lados de la membrana). Por lo tanto, qué sustancias serán filtradas en el dializador depende tanto de la concentración de las mismas en la sangre como en el líquido de diálisis. Si este líquido no tuviera una concentración precisa, la orina podría retener (o perder) sustancias independientemente de las necesidades del organismo, provocando fuertes alteraciones en el balance iónico e hídrico del mismo.

3. a. La función de reabsorción de agua y de otras sustancias disueltas en ella (principalmente sales, glucosa y aminoácidos).

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b. La reabsorción se produce en la rama ascendente del asa de Henle. c.

Porción del nefrón donde se produce el filtrado glomerular.

4. a. Las proteínas, ya que no están presentes en el filtrado glomerular y son constituyentes del plasma. b. La glucosa y los aminoácidos son totalmente reabsorbidos, dado que no están presentes en la orina y sí en el filtrado glomerular, lo cual indica que pasaron del glomérulo al asa de Henle. c. La urea y las sales, ya que están presentes en la orina en una concentración mucho mayor que en el plasma sanguíneo y en el filtrado glomerular. d. Retiene sustancias necesarias para el organismo (sales, glucosa, aminoácidos) y excreta aquellas que están en exceso o que son tóxicas, sean estos subproductos metabólicos (como el amoníaco) o sustancias ingeridas, inyectadas, etc. e. La eliminación de toxinas que ingresaron al organismo desde el ambiente. Entre ellas, muchos fármacos, sustancias tóxicas que se incorporan en la ingesta, etc.

5. La presencia de glucosa en la orina indica la posibilidad de que esa persona padezca diabetes, ya que normalmente la glucosa es totalmente reabsorbida durante el proceso de formación de la orina. El único caso en que esto no ocurre es cuando se encuentra en exceso en el plasma sanguíneo, que es un indicador típico de la diabetes. Frecuentemente, el exceso de glucosa en el plasma sanguíneo está relacionado con una deficiencia de la hormona insulina que colabora en mantener los niveles de glucosa en sangre.

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6. Una importante disminución de glóbulos blancos coloca al paciente en una situación de alto riesgo de contraer enfermedades de tipo infecto-contagiosas ya que su sistema inmunitario no puede funcionar correctamente. Por lo tanto, la primera medida a tomar debe ser el aislamiento del mismo para evitar que tome contacto con gérmenes; incluso con aquellos gérmenes que normalmente no actúan como patógenos en personas cuyos mecanismos de inmunidad funcionan correctamente. 7. Los ganglios linfáticos son el lugar donde se almacenan los glóbulos blancos maduros que se produjeron en la médula ósea y maduraron en el timo. Si estos ganglios están inflamados significa que hay una concentración importante de glóbulos blancos. Este hecho permite sospechar que ha comenzado un proceso infeccioso contra el cual está reaccionando el organismo. De todas formas, para confirmar este diagnóstico hay que realizar un análisis de sangre que incluya el recuento de los glóbulos blancos (leucocitos) para determinar si, efectivamente, se encuentran en cantidades mucho más altas que lo normal. 8. Las vacas infectadas de viruela contagian a las personas. La viruela vacuna no produce grandes consecuencias sobre las personas infectadas pero expone el antígeno al sistema inmune. De esta forma, el sistema “memoriza” el antígeno y está preparado para reaccionar rápidamente ante una nueva infección. Cuando la viruela humana ingresa en el organismo, este es capaz de generar rápidamente anticuerpos contra el antígeno y controlar la proliferación de los agentes patógenos causantes de la enfermedad. La viruela vacuna actúa de la misma forma que la vacunación preventiva de las personas, tal como se practica desde la época de E. Jenner. 9. a. Muchos de los factores que determinan las características inmunológicas de los organismos están genéticamente determinados. De la misma forma, el resto de las características biológicas de los organismos tienen este tipo de determinación. Lógicamente, los parientes cercanos son genéticamente más parecidos que personas que tienen un parentesco lejano o ninguno. Por lo tanto, es factible que el sistema inmunitario considere más “propio” un tejido u órgano de personas genéticamente más parecidas que el de personas genéticamente muy diferentes. b. Los gemelos son genéticamente idénticos y, además convivieron en un mismo ambiente fetal. Estos dos hechos hacen que se pueda afirmar que sus características biológicas no difieren en absoluto. Desde el punto de vista inmunológico, los gemelos son una misma persona y esto hace que un transplante entre ellos pueda considerarse autólogo.

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Orientaciones para estudiar con la bibliografía sugerida en esta unidad Como lo hicimos en la Unidad 1, a continuación le damos orientaciones para encontrar la información en la bibliografía sugerida, para resolver las actividades de esta unidad. Le recordamos que también puede encontrar la información en la mayoría de los textos de estudio del tercer año del bachillerato común.

Bibliografía sugerida I- Aljanati D.; Wolovelsky E.; Tambussi C. Biología III: “Los códigos de la vida”, Ediciones Colihue, Buenos Aires, 1997. II- Barderi M.; Cuniglio F.; Fernández E. y otros. Biología: “Citología, Anatomía y Fisiología. Genética, Salud y Enfermedad”, Editorial Santillana (Polimodal), Buenos Aires, 1998. III- Bocalandro N., Frid D., Socolovsky L, Biología I: “Biología humana y salud”, Editorial Estrada (Polimodal), 1999. IV- Lacreu L.; Rubel D.; Guahnon E., “Ciencias Biológicas 3”, Editorial Santillana, Buenos Aires, 1990. En el cuadro siguiente, los números romanos que aparecen indican el texto sugerido de la Bibliografía.

ACTIVIDAD

TEXTO

CAPÍTULO O APARTADO

ACTIVIDADES 1Y4

I

Fisiología celular Otras funciones celulares

II

Células y biomoléculas: la vida en su mínima expresión Transporte a través de la membrana celular Las células El concepto de difusión - El concepto de ósmosis

III

IV

La célula: metabolismo y nutrición La membrana celular, ¿una puerta abierta o una barrera infranqueable?

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ACTIVIDADES 5y6

ACTIVIDAD 7

ACTIVIDAD 8

ACTIVIDADES 9 y 10

I

Fisiología humana Plasma y suero

II

Los sistemas circulatorio y excretor La excreción y el sistema urinario

III

Excreción y equilibrio hídrico

IV

La nutrición: excreción El sistema urinario

II

Los sistemas circulatorio y excretor El nefrón y la formación de la orina

III

Excreción y equilibrio hídrico La orina

IV

La nutrición: excreción El sistema urinario

I

Noxas y Enfermedades

II

Las defensas del organismo Las enfermedades infecciosas

II III

ACTIVIDAD 12

I

Lo propio y lo ajeno El sistema inmunológico

II

Los sistemas circulatorio y excretor El sistema linfático

III IV ACTIVIDAD 18

Inmunidad y homeostasis De la piel al intestino: las barreras primarias Las defensas del organismo Las primera línea de defensa: barreras estructurales.

I II III

Las defensas del organismo El sistema inmunológico La nutrición: circulación El sistema linfático Lo propio y lo ajeno Los grupos sanguíneos Inmunidad y homeostasis Ciencia, tecnología y sociedad Las defensas del organismo Los transplantes

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ACTIVIDAD 21

I

Lo propio y lo ajeno SIDA. Una compleja e importante historia

III

Las defensas del organismo SIDA

IV

La vida de relación: inmunidad Algo más sobre las defensas

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Bloque 3 Biología Unidad 3: Las funciones de integración y control y las estructuras asociadas Introducción Los organismos multicelulares son sistemas de alta complejidad funcional ya que pueden desarrollar infinidad de funciones vitales; desde las metabólicas, que regulan los intercambios de materia y energía con el medio y que son comunes a todos los organismos, hasta aquellas más específicas tales como el comportamiento, el aprendizaje, y en el caso de los seres humanos, lo que calificamos como inteligencia. Esta complejidad no sería posible si no estuviera acompañada por el desarrollo de sofisticados mecanismos de integración y control del conjunto de las funciones orgánicas. Si bien existen múltiples estructuras y funciones de integración y control, dos sistemas cumplen específicamente ese rol: los sistemas nervioso y endocrino. Ambos están estrechamente ligados entre sí, y mientras el primero se caracteriza por respuestas rápidas y de corta duración; el segundo, por respuestas más lentas pero mucho más persistentes en el tiempo. Sintéticamente, podemos considerar que el sistema nervioso funciona a partir de señales de tipo eléctrico, mientras que el endocrino supone el envío de señales químicas, por vía sanguínea, a distintas partes del organismo. Son estos sistemas los que reciben la información (proveniente tanto del interior del organismo como del ambiente), la procesan y generan respuestas para adecuar las funciones orgánicas a los cambios que se producen o para restablecer el equilibrio perdido o amenazado. Pero de todas las estructuras y funciones de estos sistemas, es el cerebro humano el que despierta el mayor interés, dado que su particular constitución y sus propiedades definen las características de nuestra especie. Nuestros pensamientos, sentimientos y nuestra capacidad para comprender y transformar el entorno natural y cultural en el que vivimos, residen en el cerebro; sin lugar a dudas, el producto más complejo que ha resultado de la larga evolución de la vida en la Tierra.

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En esta unidad nos concentraremos primero en la “arquitectura” y las funciones del sistema nervioso humano. Posteriormente abordaremos inquietantes temas relacionados con el conocimiento que tenemos sobre el cerebro humano y las limitaciones para comprender “a fondo” su complejidad estructural y fisiológica. Finalmente nuestro objeto de estudio será el sistema hormonal o endocrino y algunas de sus principales funciones.

Nos haremos preguntas tales como: • ¿Cuál es la organización general del sistema nervioso humano? • ¿Cuáles son las características anatómicas más sobresalientes del cerebro humano? • ¿Qué relación podemos establecer entre el origen evolutivo del hombre y el de su cerebro? • ¿Qué características y funciones tiene el sistema endocrino y cómo está relacionado con el sistema nervioso? • ¿Qué relaciones tienen el sistema nervioso y endocrino con otros sistemas de órganos y cómo regulan sus funciones?

Contenidos 3.a. El sistema nervioso y sus principales funciones. 3.b. Cerebro y evolución humana. 3.c. El sistema endocrino y sus principales funciones.

Bibliografía sugerida • Aljanati D.; Wolovelsky E.; Tambussi C. Biología III: “Los códigos de la vida”, Ediciones Colihue, Buenos Aires, 1997. • Barderi M.; Cuniglio F.; Fernández E. y otros. Biología: “Citología, Anatomía y Fisiología. Genética, Salud y Enfermedad”, Editorial Santillana (Polimodal), Buenos Aires, 1998.

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• Bocalandro N., Frid D., Socolovsky L. Biología I: “Biología humana y salud”, Editorial Estrada (Polimodal), 1999. • Lacreu L.; Rubel D.; Guahnon E., “Ciencias Biológicas 3”, Editorial Santillana, Buenos Aires, 1990.

Dado que con los textos mencionados anteriormante no es posible responder a la Actividad 9 de esta unidad, le sugerimos que para dicha actividad consulte: • Aljanati D.; Wolovelsky E.; Tambussi C. Biología II: “Los caminos de la evolución”, (capítulo “El origen del hombre”), Ediciones Colihue, Buenos Aires, 1997. Como en esta unidad no se presentan otras dificultades para encontrar en los textos la información requerida, no se proponen orientaciones para estudiar con la bibliografía sugerida. Simplemente, le reiteramos que no es imprescindible que consulte en todos los libros mencionados anteriormente para cada actividad, sino que puede manejarse con los que le permitan responder los temas planteados.

3.a. El sistema nervioso y sus principales funciones Frente a diversas situaciones solemos decir “me siento nervioso”. Esta expresión alude casi siempre a un sentimiento complejo e indefinido pero del cual podemos detectar algunas manifestaciones orgánicas muy distintivas, tales como el temblor de las manos o la barbilla, el aceleramiento del corazón, cierta picazón en pies y manos, sudoración excesiva, repentinas ganas de orinar, etc. Atribuimos este estado a “algo” que está pasándonos a nivel de nuestro cerebro: pensamientos inquietantes, emociones fuertes, situaciones de estrés. El cerebro es considerado por los humanos como el “órgano maestro” que dirige los sentimientos y pensamientos incidiendo directamente sobre nuestras acciones. Además sabemos que una alteración en su funcionamiento (que a veces tiene una causa y efectos más o menos claros -como un fuerte golpe o la administración de determinadas drogas- y otras veces ni la causa ni los efectos son tan evidentes) puede producir, bajo determinadas circunstancias, cambios notables en nuestro organismo sin que podamos controlarlos fácilmente.

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Actividad n° 1 Busque en la Bibliografía un esquema general del sistema nervioso humano e identifique en el mismo: • El encéfalo • La médula espinal1 • Los nervios Teniendo en cuenta que se denomina Sistema Nervioso Central (SNC) a la parte del sistema nervioso formada por el encéfalo y la médula espinal, responda: a. ¿Cuál es la razón por la que recibe esta denominación? b. ¿Cómo se llama la porción del sistema nervioso formada por los nervios? c. ¿Qué tipo de nervios existen? ¿En cuáles de sus características se basa su denominación? d. ¿Es posible afirmar que el sistema nervioso posee una organización jerárquica? ¿Por qué?

Actividad n° 2 El Sistema Nervioso Periférico (SNP) controla las respuestas tanto motoras como sensitivas del organismo. La porción motora del SNP depende, a su vez, de dos subsistemas que se denominan Sistema Nervioso Autónomo y Sistema Nervioso Somático. a. ¿Qué tipo de funciones cumple cada uno de ellos? b. ¿En qué partes se subdivide el Sistema Nervioso Autónomo y qué funciones cumple cada una de esas partes? ¿Por qué se dice que ambas funcionan en forma antagónica? c. ¿Todas las funciones del Sistema Nervioso Somático controlan los movimientos voluntarios? ¿Qué excepciones puede mencionar? 1 ¡Atención! Es frecuente confundir la médula espinal con la médula ósea (a la cual nos referimos en la unidad anterior). Son dos cosas totalmente distintas. Mientras la médula espinal -ubicada en el interior de las vértebras- es parte del sistema nervioso y transmite el impulso nervioso desde y hacia el cerebro, la médula ósea -ubicada en los huesos largos, en el esternón y en algunos pocos huesos más -es parte del sistema sanguíneo y residencia de las células generadoras de los glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas sanguíneas.

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Actividad n° 3 En el siguiente esquema se integran las distintas partes del sistema nervioso humano. • Estudie la organización general del mismo y complete el esquema con los nombres de las estructuras correspondientes.

SISTEMA NERVIOSO

Compuesto por ............................. ............................. .............................

............................. ............................. .............................

Compuesto por

Tiene una

Encéfalo

Porción motora

........................ ........................

Porción sensitiva

Se subdivide en Sistema Nervioso Somático

........................ ........................ ........................

........................ ........................ ........................

Sistema Nervioso Autónomo Simpático

El esquema anterior, muy similar al que Ud. puede encontrar en los libros de texto, muestra un tipo de organización del sistema nervioso que toma como eje la estructura y localización de las partes; por ello se parte del sistema nervioso central y del periférico, a los cuales se subordinan otras porciones más relacionadas con las funciones. Sin embargo, hay otras maneras de concebir la organización del sistema nervioso.

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Una de ellas es priorizar la estructura y localización:

SISTEMA NERVIOSO

Sistema Nervioso Central

Sistema Nervioso Periférico

Otra forma toma en cuenta la función. Puesto que las funciones motora y sensorial no son privativas de los nervios, sino que también hay zonas del SNC que son motoras y otras que son sensitivas, se podría pensar en una clasificación como la siguiente:

SISTEMA NERVIOSO

Sensorial

Motor

También se lo puede clasificar según el tipo de control que ejercen:

SISTEMA NERVIOSO

Somático

Autónomo

La diferencia fundamental entre el esquema presentado en la Actividad 3 y estas otras formas de entender la organización del sistema nervioso, es que en estas últimas no se concibe una dependencia directa de la porción motora y sensitiva del SNP, como así tampoco se entiende a los Sistemas Nervioso Autónomo y Somático como subsistemas de la porción motora. De todos modos, como en los textos se utiliza comúnmente el esquema que se plantea en la Actividad 3, nosotros seguiremos ese criterio.

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Las neuronas y el impulso nervioso La estructura general del sistema nervioso que vimos en el punto anterior tiene como base estructural y funcional a un tipo de célula muy particular: la neurona.

Todo el sistema nervioso está constituido por la interconexión de millones de neuronas que transmiten señales químicas y eléctricas desde y hacia el SNC. Estas señales se conocen como impulso nervioso. El impulso nervioso es una señal eléctrica que se produce por una diferencia en la concentración de las cargas eléctricas a un lado y otro de la membrana de la neurona.

Esta diferencia de cargas depende de la diferencia de concentración de los iones (partículas cargadas eléctricamente) que hay dentro de la neurona respecto de los que se encuentran del lado exterior de la misma. Aunque no veremos en detalle la forma en que se produce el impulso nervioso es importante saber que, en la mayoría de las neuronas, este tiene lugar de a “saltos”. Estos saltos dependen del recubrimiento del axón por una sustancia grasa aislante de la electricidad llamada mielina que envuelve al axón formando una “vaina”. Un tipo de células particulares que “acompañan” a las neuronas, llamadas células de la glía son las que dan lugar a la vaina de mielina. Existen muchos tipos de células denominadas “de la glía”, y cada uno de ellos cumple diferentes funciones de “sostenimiento” del sistema nervioso. Un tipo particular de estas células es el encargado de elaborar la vaina de mielina.

Actividad n° 4 Una neurona no es más que una célula muy especializada en establecer comunicación a través de señales eléctricas y químicas. Como toda célula eucariota2 está rodeada por una membrana plasmática, posee un núcleo con el material genético y un citoplasma con diversas organelas entre las que se destacan mitocondrias y vesículas de diverso tipo. Sin embargo, las neuronas tienen una forma muy particular que está estrechamente relacionada con la función que cumplen. Busque en la Bibliografía la estructura básica de una neurona y recuerde los nombres y las funciones de sus partes. Luego trate de completar el siguiente esquema: 2 Si lo considera necesario, podrá repasar las características generales de las células eucariotas en la bibliografía sugerida para este bloque. Asimismo, la Unidad 1 del Bloque 1 dispone de actividades, textos y más bibliografía recomendada sobre este tema.

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Esta ilustración ha sido extraída de: Barderi, M.G., Cuniglio F. y otros. Biología. Citología. Anatomía y Fisiología. Genética. Salud y enfermedad. Polimodal. Ed. Santillana, Bs. As., 2000.

a. ¿Qué significa que el impulso nervioso es unidireccional? b. Indique con una flecha debajo del esquema cuál es la dirección de propagación del impulso nervioso. c. Busque en la Bibliografía los principios elementales de la conducción “a saltos” del impulso nervioso y las ventajas que ésta presenta respecto de una conducción continua del mismo.

El impulso nervioso que recorre el axón de una neurona debe poder ser “transmitido” a otra u otras neuronas. Este pasaje de información se produce a través de lo que se denomina sinapsis, que es la zona de contacto entre los botones o vesículas terminales del axón y los cuerpos de otras neuronas o sus dendritas. En la siguiente actividad le proponemos profundizar en los mecanismos de transmisión de la información a través de la sinapsis.

Actividad n° 5 a. ¿Cuántos y qué tipos de sinapsis existen? b. ¿A qué se denomina neurotransmisores, y en qué tipo de sinapsis actúan? c. ¿Cuál es el tipo de sinapsis más común en los seres humanos?

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Cuando se afirma que el impulso nervioso es unidireccional, esto no significa que la despolarización de la membrana en el axón no ocurra simultáneamete hacia el cuerpo celular o las dendritas. Sin embargo, dado que los botones sinápticos son las únicas estructuras capaces de transmitir el impulso nervioso de una neurona a otra, es allí donde el impulso tiene un efecto definido (la transmisión de una información). La despolarización que se produce hacia el cuerpo celular o las dendritas no avanza más allá de los límites de la neurona donde esta ocurre y no tiene efectos conocidos.

Actividad n° 6 Hasta el momento, hemos tomado en cuenta solamente la conexión de unas neuronas con otras. Estas conexiones forman intrincadas redes por donde circulan los impulsos nerviosos. Sin embargo, las sinapsis no se establecen solamente entre neuronas. a. ¿Con qué otros órganos o tejidos establecen sinapsis las neuronas? • Dé ejemplos y relate sintéticamente la acción que promueven estas conexiones. b. ¿A qué se denomina placa motora?

Algunas reflexiones sobre el sistema nervioso…

Hasta ahora hemos descripto algunas características generales de la organización del sistema nervioso, de la neurona como la unidad básica de organización de dicho sistema, y del impulso nervioso como la señal que se transmite de neurona a neurona para enviar o recibir estímulos en los órganos sensoriales o motores. Es importante detenernos aquí un momento para hacer una reflexión sobre los conocimientos y comprensión real que la ciencia tiene sobre el sistema nervioso, mas allá de su descripción. Por lo que sabemos, el impulso nervioso no lleva la información tal cual la recibe el organismo; tampoco hay modo de diferenciar un impulso nervioso que conduce, por ejemplo, información visual de otro que lleva información auditiva. Es el cerebro el encargado de decodificar la información que llega en forma de impulso eléctrico, y la interpreta y procesa según el tejido u órgano del que proviene. Para comprender mejor esto, nos permitiremos hacer una analogía con el funcionamiento de una computadora.

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Si Ud. oprime la tecla señalada como “A” en el teclado de una computadora, no determina que una “A” recorra el cable desde el teclado hasta el “cerebro” de la máquina. Lo único que “viaja” a través del cable es un pulso eléctrico. El “cerebro” de la máquina (en la computadora se lo llama Unidad Central de Procesamiento o CPU) interpretará ese pulso en función del lugar del teclado de donde proviene y, a través de un complejo sistema de decodificación lo “traducirá” como una “A”. Simultáneamente generará otros pulsos eléctricos que nos mostrarán dicha letra en la pantalla. Sin embargo, se sabe que la sinapsis de tipo química tiene una especificidad mayor que la eléctrica en cuanto a la forma en que se transmite la información. Se han identificado más de 60 neurotransmisores diferentes, cada uno de ellos con funciones específicas, que permiten a su vez distintas respuestas del sistema nervioso ante los estímulos. Los neurotransmisores permiten variar la intensidad del impulso según la cantidad de sustancia que se libera en la sinapsis, y también existen aquellos que generan acciones de estimulación o inhibición en la función de determinados órganos (por ejemplo, la mayor o menor contracción de los músculos ante un estímulo determinado o la percepción más o menos intensa del dolor). Muchas de las drogas que actualmente se utilizan en medicina para mitigar el dolor, evitar las alucinaciones u otras alteraciones nerviosas, provocar el sueño, etc. se basan en el bloqueo (impiden la acción) o la estimulación de la acción de ciertos neurotransmisores cuyo efecto ya es bien conocido. Ramón y Cajal fue uno de los neurobiólogos más importantes de la historia (español, del siglo XIX), y el que descubrió las neuronas e intuyó su papel en el intelecto humano. Hoy sabemos que el cerebro humano tiene unos cien mil millones de neuronas, cada una de ellas interconectada, al menos, con otras 10. Esta inmensa red de conexiones es tan compleja que parece escapar a la posibilidad de conocerla estructural y funcionalmente en detalle. Por lo tanto, la idea general que se tiene hasta el momento sobre la forma en que los estímulos ingresan al Sistema Nervioso Central, cómo son decodificados y cómo generan determinadas respuestas, nos explica sólo algunas de las funciones elementales de ese sistema; pero no alcanza para explicarnos cosas tales como qué son los sueños, la imaginación, la memoria, el lenguaje, etc. Parece que todavía falta mucho para que las neurociencias (las ciencias que tienen al sistema nervioso como objeto de estudio) nos provean una explicación satisfactoria sobre estas complejas funciones humanas.

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3.b. Cerebro y evolución humana El debate sobre el lugar que ocupa el cerebro en las características esencialmente humanas tiene una larga historia. En oposición a la creencia de que los sentimientos residían en el corazón o eran una manifestación de un “alma” o espíritu, surgió la idea de que el cerebro era el órgano donde se generaban el pensamiento y los sentimientos humanos. Hipócrates fue un médico y filósofo griego que vivió hace más de dos mil años. Este pensador ya ubicaba al cerebro como el órgano responsable de los pensamientos y las sensaciones humanas. Lo expresó de la siguiente manera: ... “el hombre debería saber que sólo del cerebro proceden la alegría, la risa y las bromas, así como las penas, los pesares, el desaliento y las lamentaciones...por el mismo órgano nos volvemos locos y delirantes y nos asaltan miedos y temores...y de él proceden los sueños, divagaciones inoportunas, preocupaciones inadecuadas e ignorancia de las circunstancias presentes, inquietudes y torpezas.”

Actividad n° 7 Si observamos a los distintos grupos de animales actualmente existentes, veremos que presentan sistemas nerviosos de diferente complejidad. En los organismos más simples, no existe una concentración de neuronas en la parte anterior del cuerpo como sucede en los animales superiores. A medida que avanzamos hacia niveles mayores de complejidad, se puede observar una verdadera cefalización. Esto significa que muchas neuronas se concentran en la parte anterior del cuerpo definiendo una “cabeza”. En los vertebrados existe una verdadera cabeza, pero el tamaño y complejidad de sus cerebros se hacen máximos en los mamíferos3. Si ordenamos el desarrollo del sistema nervioso de diferentes grupos animales de menor a mayor complejidad, obtendremos lo siguiente: 3 No se debe confundir la tendencia evolutiva al aumento de tamaño y complejidad del cerebro en los animales, con ciertas creencias de que un ser humano con un cerebro más voluminoso que otro es necesariamente más “inteligente”. Las diferencias de tamaño en los cerebros de los seres humanos dependen de diferentes factores y, por lo que se sabe hasta el momento, no tienen relación alguna con el grado de inteligencia, como llegaron a sostener los neurólogos del siglo XIX y principios del XX o como popularmente todavía se cree.

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Este esquema ha sido elaborado a partir de las imágenes tomadas de: 1. Barderi, M.G., Cuniglio F. y otros. Biología. Citología. Anatomía y Fisiología. Genética. Salud y enfermedad. Polimodal. Ed. Santillana, Bs. As., 2000. 2. Curtis, Helen. Biología. Ed. Panamericana, Madrid, 1993. (págs. 582 y 565)

En estos esquemas los cordones negros indican la estructura del sistema nervioso del animal.

Con autorización de Editorial Médica Panamericana, Marcelo T. de Alvear 2145 (C 1122 AAG), Bs. As. Argentina.

Estos esquemas muestran el grado de cefalización

en

distintos

vertebrados.

a. ¿Cuál es la diferencia en la composición entre las llamadas “sustancia gris” y “sustancia blanca” del cerebro de los vertebrados? b. ¿Cómo se llama la parte del cerebro de los vertebrados que más se ha desarrollado a lo largo de la evolución biológica? ¿Qué funciones se atribuyen a esa porción del cerebro?

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Actividad n° 8 Busque en la Bibliografía un esquema del encéfalo humano. Identifique en el mismo: • La corteza cerebral • Las circunvoluciones de la corteza cerebral • Los hemisferios cerebrales • El cuerpo calloso • El cerebelo • El tallo encefálico

Es un hecho que los seres humanos tenemos el cerebro más grande y complejo de todo el mundo vivo. El tamaño y la complejidad del cerebro humano hacen, por ejemplo, que los humanos seamos los únicos ejemplares de los sistemas vivos que tenemos la potencialidad de comunicarnos a través del lenguaje oral y escrito, imaginar, aprender y enseñar, etc; todas ellas conocidas como funciones superiores del cerebro. En síntesis, los únicos capaces de desarrollar una cultura con todas sus virtudes y defectos. De estas palabras se deduce una conclusión que, a primera vista, parece simple: la evolución de los seres humanos desde los antepasados no humanos está estrechamente ligada a la evolución del cerebro. Las funciones superiores del cerebro que permiten el desarrollo de habilidades -que son únicas en nuestra especie- son posibles a partir de las redes de neuronas ubicadas en la parte del encéfalo conocida como corteza cerebral o palio. En otras especies, el desarrollo de la corteza cerebral es mucho menor, mientras que el resto del encéfalo no muestra diferencias significativas con el humano.

Actividad n° 9 Busque en la Bibliografía los temas relacionados con la Teoría de la Evolución, en particular, concentre su atención sobre la evolución humana, las pruebas que apoyan

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estas teorías y los acontecimientos más importantes que llevaron al surgimiento de los hombres actuales desde sus antepasados “simiescos”. a. ¿Qué pruebas paleontológicas apoyan la idea de que la evolución humana está estrechamente ligada al incremento en el tamaño cerebral? b. ¿Qué otros elementos del registro fósil se toman en cuenta, además del aumento del tamaño cerebral, cuando se evalúa el progresivo proceso de hominización? c. ¿Cuál es el fósil más antiguo de homínidos que se ha encontrado? ¿Cuál es el cálculo que se hace del tamaño de su cerebro? Compárelo con el volumen promedio de 1350 cm3 (o el peso de 1,5 Kg) que tiene el cerebro de un ser humano moderno.

Actividad n° 10 Dos teorías rivalizan en cuanto a la evolución humana. Una de ellas sostiene que nuestros antecesores no humanos (desde los simios, pasando por los homínidos hasta el hombre actual), fueron desarrollando paulatinamente un cerebro cada vez más grande, con gran incremento en la masa encefálica, proceso conocido como encefalización. La otra, sostiene que antes del desarrollo cerebral surgió el bipedalismo (o bipedismo), que es la característica típicamente humana de caminar siempre erguidos dejando las manos en libertad. El siguiente cuadro sintetiza las dos teorías: TEORÍA A

TEORÍA B

Simio

Simio ........................

Simio inteligente

........................ Homínido bípedo

........................

........................

Homínido bípedo inteligente

Homínido bípedo inteligente

Humano

Humano

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a. Según corresponda en cada una de las teorías, complete los cuadros en blanco con “BIPEDISMO”, para indicar el momento en el que se supone que surgió esta característica; y “ENCEFALIZACIÓN”, para indicar el momento en el que se supone surgió un mayor desarrollo de la zona del cerebro denominada corteza cerebral. b. ¿Qué evidencias existen para apoyar una u otra teoría? c. ¿Cuál es la más aceptada actualmente sobre la base de las evidencias más recientes?

3.c. El sistema endocrino y sus principales funciones El cuerpo humano tiene una serie de tejidos capaces de secretar diversas sustancias que intervienen regulando muchos de los eventos que ocurren en nuestro organismo. Estos eventos pueden ser tan “simples” e íntimos como la absorción de agua por parte de los riñones o tan delatores como los cambios corporales o de la voz a través de los años. Las sustancias a las que hicimos referencia en el párrafo anterior son moléculas que transportan información de un tejido a otro a través de la sangre, por lo cual pueden ser consideradas como mensajeros químicos y cuya denominación general es la de hormonas4. La producción de hormonas está a cargo de una serie de glándulas (tejidos formados por células especializadas en secretar hormonas) que forman el sistema endocrino. Hace más de dos mil años, el filósofo griego Aristóteles observó que la castración de animales machos alteraba muchas de las características visibles de los mismos. Muchos siglos después (hacia el 1800) otros experimentos demostraron que los testículos y los ovarios segregaban sustancias que determinaban algunos de los rasgos característicos del sexo de su portador. Dichas sustancias son las hormonas sexuales. Actualmente se conocen cerca de una decena de glándulas endocrinas que secretan hormonas con funciones diferentes. Las hormonas actúan “a distancia” ejerciendo su acción sobre determinados órganos o tejidos, algunos muy alejados del lugar donde éstas se producen. Estos tejidos y/u órganos que reaccionan ante la llegada de las hormonas son denominados tejidos u órganos blanco. Esta denominación viene de una analogía que se hace entre los 4

En algunos organismos se han detectado hormonas capaces de ejercer su acción “a distancia” sobre otros individuos de la misma especie. Un caso típico es una hormona que secretan los gusanos de seda. En su fase de mariposa, el insecto “lanza” la hormona al ambiente y, de esta forma, es capaz de atraer sexualmente a sus posibles parejas aunque éstas se encuentren a muchos kilómetros de distancia. Estas hormonas que actúan fuera del organismo que las secreta y sobre otros organismos son llamadas feromonas.

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efectos que las hormonas producen sobre esas células, tejidos u órganos, con el efecto que produce un proyectil sobre un blanco utilizado para probar la puntería.

Actividad n° 11 Ubique en la Bibliografía un esquema del cuerpo humano donde se indique la distribución de las glándulas endocrinas. a. ¿A través de qué mecanismo las hormonas llegan al denominado “órgano blanco” donde ejercen su efecto? b. Nombre por lo menos cinco procesos vitales regulados por hormonas.

Un conocido caso de regulación hormonal del metabolismo es aquel en el que participa, entre otras, la hormona insulina.

Actividad n° 12 Lea atentamente el siguiente extracto de un artículo periodístico, publicado en el diario Clarín. 48 • SALUD • CLARIN • Sábado 18 de setiembre de 1999

Diabetes: La padece un millón y medio de argentinos L

a hormona insulina es imprescindible para el cuerpo. Cuando el organismo no la produce, o no la utiliza como sería esperable, aparece la diabetes... [Uno de los tipos de diabetes]... afecta a entre un 5 y un 10 por ciento de los diabéticos, y se da mayormente en chicos y adultos jóvenes. Este tipo de diabetes es insulinodependiente, es decir que los pacientes necesitan inyectarse diariamente insulina para sobrellevar la enfermedad.

dependiente". Se calcula que 20 de cada cien mil argentinos mueren por causas vinculadas a la diabetes.

En la Argentina hay un millón y medio de diabéticos, pero no todos saben que la padecen: un 30 por ciento no ha sido diagnosticado, y otro 25 por ciento o no se trata o no lo hace adecuadamente. "Del total de enfermos, menos del 10 por ciento sufre diabetes insulino-

La diabetes se anuncia con cinco síntomas clave frente a los cuales hay que hacer una consulta médica: orinar más de lo habitual, tener una sed intensa, presentar un cansancio general y tener antecedentes familiares de diabetes y obesidad.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que, para el año 2025, la diabetes aumentará en un 122 por ciento, y trepará de los 135 a los 300 millones de enfermos. La mayor cuota del aumento se dará en los países en desarrollo, en donde ya vive el 76 por ciento de las personas diabéticas.

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Busque en la Bibliografía cómo es la regulación hormonal de la cantidad de azúcar en sangre. Sobre la base de su estudio y, teniendo como referencia el artículo del diario, responda las siguientes preguntas: a. ¿Cuál es la glándula que secreta la insulina y qué función cumple esta hormona en el organismo? b. ¿Qué otras hormonas están relacionadas con la regulación de la cantidad de azúcar en la sangre? c. ¿Cuál es el tratamiento que se lleva adelante para superar las dificultades que causa dicha enfermedad? d. ¿Cuál sería la consecuencia -además del aumento de azúcar en la sangre o hiperglucemia-sobre una persona insulinodependiente si no se le administrara la hormona?

El par de hormonas insulina-glucagón, que regula la cantidad de azúcar en sangre, no es el único que ejerce esta función. Como ya adelantamos, las hormonas no sólo actúan estimulando o inhibiendo procesos químicos dentro del organismo, sino que también tienen su efecto en la apariencia y el comportamiento del mismo. Otro ejemplo es el de la acción de las hormonas adrenalina y noradrenalina. Estas hormonas, segregadas por las glándulas suprarrenales -ubicadas sobre los riñones- están directamente vinculadas con el Sistema Nervioso Central (SNC). Ciertos estímulos (visuales, táctiles, olfativos o propios del cerebro como evocaciones, sueños o pensamientos) que provocan alarma o pánico, actúan sobre las glándulas suprarrenales estimulando la liberación de adrenalina y noradrenalina. Estas hormonas permiten incrementar la actividad corporal, preparando las condiciones para que ante las situaciones de estrés (como el temor ante un peligro inminente), el organismo pueda reaccionar (defenderse o huir). Estas condiciones fisiológicas se caracterizan por la aceleración del ritmo cardíaco, la elevación de la presión arterial y de los niveles de azúcar en la sangre.

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Actividad n° 13 En la Unidad 1 analizamos el papel de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio en las funciones de nutrición. En particular, vimos que el sistema circulatorio es el encargado de transportar los nutrientes a todos los tejidos del cuerpo. Sabemos también que los requerimientos nutricionales del organismo están directamente relacionados con la intensidad de la actividad física y mental que se lleva adelante. Teniendo en cuenta este hecho, responda: • ¿Cómo se relaciona el incremento de azúcar en sangre, la aceleración del ritmo cardíaco y el aumento de la presión arterial con la posibilidad del organismo de actuar frente al miedo?

Muchos de los ciclos (a veces llamado biorritmo) de la actividad humana dependen de la concentración de ciertas hormonas. Una hormona que determina estos ciclos es el cortisol, cuya acción es -junto a otra batería de hormonas como la insulina y la adrenalina- regular la cantidad de azúcar en la sangre. El cortisol promueve la liberación de las reservas de glucosa en la sangre desde su “depósito” en el hígado.

Actividad n° 14 El siguiente gráfico muestra la concentración de cortisol en la sangre de una persona a lo largo del día. Teniendo en cuenta la acción del cortisol y el papel de la glucosa en el organismo, observe el siguiente gráfico y responda las preguntas: + Concentración de cortisol

Horas del día

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a. ¿Qué relación se puede establecer entre la concentración de cortisol en la sangre y las actividades humanas a lo largo del día? b. A partir del análisis de este gráfico, ¿se podrá justificar la importancia de tomar un buen desayuno? ¿Por qué?

La secreción hormonal, directa o indirectamente dirigida por el SNC, se acopla a la acción directa del sistema nervioso en la respuesta del organismo ante ciertos estímulos del medio externo o interno. Esa dependencia es de tal magnitud que algunos autores prefieren hablar de un sistema neuroendocrino como una síntesis de estos dos sistemas estrechamente ligados. Incluso muchos de los neurotransmisores que participan en la sinapsis química son también sustancias secretadas por las glándulas del sistema endocrino. El siguiente esquema representa, en forma muy simplificada, el proceso de integración de ambos sistemas de control a partir de un hecho cotidiano y de su probable acción sobre el organismo. Ruido muy fuerte. Estímulo

Receptor del Estímulo SNP

SNC

SNP

Oído. Conducción del impulso nervioso a través de los nervios aferentes, hacia la médula espinal y el cerebro. Decodificación de la información y respuesta en forma de “temor”.

Conducción del impulso nervioso desde el cerebro y a través de la médula espinal a través de nervios eferentes hacia distintos órganos y tejidos.

Liberación de adrenalina, noradrenalina y cortisol a la sangre.

Respuesta hormonal

Aumento de la cantidad de glucosa en la sangre. Incremento del ritmo cardíaco, aumento de la presión arterial.

Respuesta nerviosa

Respuestas del organismo ante el estímulo (comportamiento de huída o defensa)

Contracción de los músculos esqueléticos preparando la huída o la defensa.

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Como ya dijimos, los sistemas endocrino y nervioso regulan las funciones del organismo en forma muy eficiente. En el cuadro anterior se ejemplifica cómo el ingreso al SNC de un estímulo proveniente del exterior (ruido) a través de los nervios aferentes, desata una situación de temor inicial que dispara una respuesta desde el SNC hacia el SNP a través de los nervios eferentes. Esta respuesta no sólo es nerviosa sino también hormonal. Finalmente, la resolución del “conflicto” que provocó la situación de temor (cese del estímulo sonoro, identificación del mismo como exento de peligro o huida del lugar del hecho) restablece las funciones orgánicas en los valores anteriores al hecho que provocó su alteración. De esta forma, se normalizan la propagación de los estímulos nerviosos, la secreción de las hormonas implicadas en el proceso y vuelven a sus valores habituales la concentración de azúcar en la sangre, la presión arterial, los latidos cardíacos y la actividad de la musculatura esquelética. Para finalizar con esta parte de la Unidad, diremos que existen dos formas básicas de regulación de la secreción hormonal (pero que también son comunes a muchos otros mecanismos de regulación y control orgánicos). Estas formas básicas responden a lo que se conoce como modelos de retroalimentación, que puede ser positiva o negativa.

Actividad n° 15 Busque en la Bibliografía la explicación sobre estos dos tipos de retroalimentación y dé un ejemplo de cada uno de ellos. Observe atentamente los casos A y B esquematizados a continuación:

CASO A

Estímulo del entorno

SNC

Glándula endócrina

Inhibición

Secreción hormonal Aumento de hormona en sangre

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CASO B

Estímulo del entorno

SNC

Glándula endócrina

Activación

Secreción hormonal Aumento de hormona en sangre

a. ¿Cuál de los dos casos (A o B) representa una retroalimentación positiva y cuál una retroalimentación negativa? Justifique brevemente su respuesta. b. ¿Por qué serán más comunes en el funcionamiento de los organismos los sistemas de retroalimentación negativa que los de retroalimentación positiva? Para responder esta última pregunta retome el ejemplo (una situación de estrés causada por un ruido fuerte) planteado en el esquema integrador que aparece antes de esta actividad. Piense cuáles serían las consecuencias para el organismo si un mecanismo de retroalimentación positiva actuara sobre un sistema que evoluciona hacia un aumento del ritmo cardíaco y de la presión arterial.

Para cerrar esta unidad, diremos que el mantenimiento de la homeostasis de los organismos es un proceso complejo que incluye una serie de respuestas fisiológicas que deben ser reguladas, integradas y controladas en función de las condiciones internas y externas. En los organismos más complejos esto requiere que la información proveniente del ambiente y del interior del organismo sea transferida a centros encargados de dicho control e integración de funciones. Entre estos centros se destaca el SNC que procesa esa información y envía mensajes a diferentes partes del cuerpo como respuesta. Esta respuesta que puede ser motora, sensitiva, fisiológica, etc., implica la transmisión de mensajes eléctricos y/o químicos a través de dos sistemas íntimamente ligados: el sistema nervioso y el sistema endocrino u hormonal. La complejidad de dichos sistemas representa un desafío para la investigación biológica y médica, y aunque es mucho lo que se ha avanzado al respecto, todavía no contamos con el conocimiento adecuado para generar aplicaciones médicas eficaces cuando estos

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sistemas fallan. Se tiene la esperanza de que en los próximos años los avances en la investigación científica nos conduzcan a resultados promisorios para tratar las múltiples enfermedades que tienen su base en las disfunciones de los mismos.

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Bloque 3 Biología Autoevaluación de la Unidad 3 1. Lea atentamente el siguiente cuadro:

ÓRGANO QUE CONTROLA

ACCIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO

ACCIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO

Ojo

Dilatación de la pupila

Contracción de la pupila

Corazón

Aceleración del ritmo cardíaco

Desaceleración del ritmo cardíaco

Vejiga

Relajación

Contracción

Bronquios

Relajación

Contracción

• ¿Cuáles son los subsistemas del sistema nervioso que realizan estas acciones? Justifique su respuesta.

2. Lea el siguiente texto: El veneno natural “ curare” es untado en la punta de las flechas o dardos por los cazadores de algunas tribus sudamericanas con el objetivo de capturar los animales de los que se alimentan. El curare inhibe los receptores de las células musculares que se unen a la acetilcolina, un neurotransmisor que viaja a través de las neuronas. El resultado es que los animales afectados terminan muriendo de asfixia debido a un paro respiratorio.

Teniendo en cuenta los datos aportados por el texto: a. Explique la causa de la asfixia de las víctimas del curare, basándose en el papel que los neurotransmisores cumplen en el sistema nervioso.

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b. ¿Qué tipo de sinapsis habrá entre los músculos y las neuronas motoras que los inervan?

3. ¿Cuál de los siguientes esquemas indica en forma correcta la dirección del impulso nervioso en las neuronas? Justifique su respuesta.

4. Se sabe que el impulso nervioso es capaz de viajar en ambas direcciones a lo largo del axón (es decir, hacia el botón sináptico y hacia el polo de la neurona, donde se encuentran el cuerpo neuronal y las dendritas). Sin embargo, el impulso es unidireccional en el sentido de que su efecto siempre se transmite desde las dendritas hacia los botones sinápticos. • ¿Qué explicación puede encontrar a este hecho?

5. ¿Por qué razón se denomina Sistema Nervioso Autónomo a ese subsistema del Sistema Nervioso Periférico? • Desarrolle un breve texto explicativo con ejemplos que lo ilustren.

6. Redacte un texto para explicar el debate existente sobre la evolución humana y su relación con el momento del surgimiento de un gran desarrollo del cerebro, utilizando los siguientes términos:

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encefalización - volumen craneal - fósiles - antepasados no humanos corteza cerebral - funciones superiores - bipedismo 7. a. ¿Desde qué punto de vista puede sostenerse que tanto el sistema endocrino como el nervioso tienen a su cargo la comunicación entre las células? b. ¿Qué diferencia fundamental existe entre la comunicación entre las células establecida a través del sistema endocrino y la que se establece a través del sistema nervioso?

8. El siguiente gráfico muestra la variación en la cantidad de hormona “cortisol” en la sangre de una persona, en diferentes horas del día y en una situación de normalidad anímica y orgánica.

+ Cantidad de cortisol

-

Horas del día

Suponga ahora que la persona tiene una situación estresante en algún momento del ese día y, considerando esto, resuelva los puntos a y b. a. Ante la situación de estrés, ¿la concentración de cortisol en la sangre aumentará, disminuirá o se mantendrá constante? Justifique su respuesta. b. Teniendo en cuenta su respuesta a la pregunta anterior, ¿cómo modificaría el gráfico si esa situación de estrés se produjera, por ejemplo, entre las 15 y las 19 hs?

9. En el siguiente gráfico se representan las curvas de glucemia de dos personas (una que sufre diabetes; y la otra, normal) a lo largo del tiempo. A las dos personas se les dio de beber una solución fuertemente azucarada.

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+ Concentración de glucosa en la sangre

Curva 1

Curva 2 minutos

A partir del análisis del gráfico, responda las siguientes preguntas, justificando cada respuesta: a. ¿Qué razón fisiológica hay para explicar el retraso -en ambas curvas- entre el momento en que ingiere la solución azucarada y el momento en que se hace máxima la cantidad de glucosa en la sangre? b. ¿Cuál de las curvas (1 ó 2) corresponderá a la persona que tiene diabetes? c. ¿Dónde va la glucosa que “desaparece” de la sangre a medida que pasan los minutos? d. ¿Cuál es la hormona que participa de este proceso y que es deficitaria en la persona con diabetes?

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Bloque 3 Biología Respuestas a la Autoevaluación 1. Las acciones descriptas en el cuadro son realizadas por los subsistemas simpático y parasimpático, ambos pertenecientes al Sistema Nervioso Autónomo. Esto se puede afirmar porque estos subsistemas funcionan de forma antagónica, lo cual significa que uno estimula y el otro inhibe (dilata/contrae; acelera/desacelera; relaja/contrae; etc.) 2. a. Los neurotransmisores son moléculas orgánicas que se vuelcan en el espacio sináptico entre dos neuronas o entre una neurona y un tejido (por ejemplo, el muscular), desde el botón sináptico. El neurotransmisor produce la despolarización eléctrica de la membrana de la neurona siguiente (o postsináptica) transmitiendo de ese modo el impulso nervioso. Como el curare inhibe los receptores del neurotransmisor, el impulso nervioso no llega, y por lo tanto los músculos no pueden contraerse. Si entre los músculos afectados están los que accionan el mecanismo respiratorio (diafragma y músculos intercostales que determinan la inspiración y espiración), se ve impedida la entrada de aire a los pulmones con la consecuente muerte por asfixia. b. Es una sinapsis de tipo química ya que actúan neurotransmisores, mientras que en las sinapsis eléctricas no hay mediadores químicos para la transmisión del impulso nervioso.

3. El esquema correcto es aquel en el cual el impulso nervioso está indicado con una flecha que va desde las dendritas hacia el axón, ya que este impulso es unidireccional. Nunca la dirección del impulso ocurre en una dirección diferente a la descripta.

4. La unidireccionalidad del impulso nervioso está dada por el hecho de que sólo en los botones sinápticos se encuentran los mecanismos (químicos o eléctricos) que permiten transmitir el impulso nervioso de una neurona a otra o a la placa motora (vinculación de una neurona con el tejido muscular). De esta forma, aunque el impulso viaje en sentido axón dendrita, al no progresar hacia otra neurona, no tiene ningún efecto para la transmisión del mensaje en forma de impulso nervioso.

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5. El Sistema Nervioso Autónomo (SNA) debe su nombre al hecho de que funciona “involuntariamente”. Los impulsos nerviosos generados en el SNC que se transmiten a través del SNA no pueden ser modificados por la voluntad del animal (o persona). La mayoría de la musculatura lisa es inervada por este sistema. Así, los movimientos intestinales o la contracción arterial son acciones que se producen sin que podamos manejarlas a voluntad. De la misma forma, el músculo cardíaco mantiene su funcionamiento sin que en ello participe nuestra conciencia. Por el contrario, el Sistema Nervioso Somático o voluntario depende de las señales enviadas desde el SNC sobre la base de la voluntad del animal (o persona). Por ejemplo, la musculatura esquelética responde a nuestra voluntad cuando movemos las extremidades para caminar, saltar, asir algo, etc. Esta división, sin embargo no es estricta: existen movimientos involuntarios de la musculatura esquelética, así como también algunas personas entrenadas pueden “manejar” a voluntad el ritmo cardíaco o la presión arterial.

6. Se denomina encefalización al proceso por el cual, a lo largo de la evolución biológica, se produjo un aumento del tamaño del encéfalo (en particular del telencéfalo o corteza cerebral). Es allí donde residen los centros de control de las funciones más complejas que hacen posible las emociones, la imaginación o el lenguaje. Para evaluar el grado de encefalización en los fósiles se mide el volumen craneal, ya que en la mayor parte de los casos, las partes blandas como el cerebro han desaparecido. En los homínidos, desde los antepasados no humanos hasta el hombre actual, se registra un aumento progresivo del volumen craneal. Este aumento se relaciona directamente con el aumento de la corteza cerebral y por lo tanto con las posibilidades de aprendizaje, comportamientos sociales complejos, fabricación de herramientas y el surgimiento del lenguaje. Estas funciones típicamente humanas se denominan funciones superiores del cerebro. Otro proceso evolutivo asociado a la hominización es la capacidad de trasladarse permanentemente erguidos (sobre las dos “patas”). A esta forma de traslación se le da el nombre de bipedismo o bipedalismo. Existe un fuerte debate sobre si los antepasados no humanos fueron evolucionando hacia el hombre actual adquiriendo primero un mayor volumen craneal o la posibilidad de trasladarse en dos patas. Aunque la mayoría de los investigadores se inclinan por la segunda posibilidad, basándose en los datos que surgen del registro fósil, este debate aún no está totalmente agotado.

7. a. Tanto uno como otro sistema transfieren información entre células. Por medios químicos (las sinapsis químicas del sistema nervioso y las hormonas en el sistema endocrino) o eléctricos (las sinapsis eléctricas del sistema nervioso) se establece una comunicación entre células y, a partir de la recepción de dicho mensaje, se desata

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una serie de mecanismos fisiológicos que determinan algún cambio respecto de la situación inicial en que se encontraban antes de recibir el mensaje. Ejemplos de estas “acciones” pueden ser la despolarización de la membrana de la neurona postsináptica, la contracción del músculo, la secreción de una hormona (para los mensajes que fluyen a través del sistema nervioso hacia las glándulas secretoras), la aceleración del ritmo cardíaco, el aumento de la presión arterial o el aumento de la concentración de glucosa en la sangre. Dado que las relaciones entre estos dos sistemas son tan estrechas (por sus funciones como por la dependencia del sistema endocrino del SNC), se suele denominar a los mismos como uno solo: sistema neuroendocrino.

b. Una diferencia fundamental es la velocidad de la comunicación. El sistema nervioso es capaz de enviar impulsos a altas velocidades mientras que el sistema endocrino lo hace más lentamente. Otra diferencia importante es la persistencia de la acción. Una vez que el impulso nervioso llega a su destino y ejerce su acción, el estímulo cesa. Por el contrario, los estímulos enviados a través del sistema endocrino son capaces de generar efectos de mayor duración.

8. a. En situaciones de estrés el cortisol en sangre aumentará. Este aumento en la cantidad de hormona en la sangre estimula el incremento de la concentración de glucosa en la sangre y la hace disponible para su utilización metabólica por parte de los tejidos. Este mecanismo hormonalmente regulado es uno más de los múltiples eventos fisiológicos que ocurren cuando el organismo requiere de una fuente rápida de energía que le permita reaccionar ante lo que puede representar un peligro. b.

+ Cantidad de cortisol

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Horas del día

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9. a. El retraso puede explicarse debido al tiempo que tarda el azúcar ingerida en llegar al intestino, desde allí difundir a través de las paredes del mismo hasta atravesar los capilares sanguíneos y, finalmente, integrarse al torrente sanguíneo desde donde se extrae la muestra que se somete a los análisis que permiten construir el gráfico. b. Se puede suponer que la curva 1 es la que corresponde a la persona diabética dado que, en todo momento, la cantidad de glucosa en sangre es mayor que en la curva 2. c. A medida que pasan los minutos, el nivel de a glucosa va descendiendo debido a su utilización metabólica por parte de las células para obtener energía (respiración celular) y a la formación de glucógeno en el hígado como reservorio de glucosa para su utilización en el momento que el organismo lo requiera. d. Se trata de la hormona insulina, que regula la cantidad de glucosa en la sangre, estimulando su utilización metabólica por parte de los tejidos y la conversión de glucosa en glucógeno en el hígado.

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