Biología: El Esqueleto y Movimiento (PDF)

# El esqueleto: sostén corporal y movimiento - Cuando la marea baja, con frecuencia se observan en las playas aguas vivas (medusas), cuyo aspecto es el de una esfera aplastada, gelatinosa e inmóvil. - El medio acuático aliviana el efecto que la fuerza de gravedad ejerce sobre los cuerpos, permitien...

# El esqueleto: sostén corporal y movimiento - Cuando la marea baja, con frecuencia se observan en las playas aguas vivas (medusas), cuyo aspecto es el de una esfera aplastada, gelatinosa e inmóvil. - El medio acuático aliviana el efecto que la fuerza de gravedad ejerce sobre los cuerpos, permitiendo que organismos como las aguas vivas puedan mantener su forma y el movimiento. ## El esqueleto: sostén corporal y movimiento - Si bien ese tipo de sustento no basta para mantener la estructura corporal de otros animales acuáticos (en particular los más activos), este ejemplo demuestra que los seres vivos que habitan en ambientes aeroterrestres son los que presentan mayor exigencia para soportar y mantener la forma de su cuerpo. - La siguiente ilustración corresponde a un pez de aletas carnosas o lobuladas. Eusthenopteron, y a un posible descendiente, el primer anfibio, llamado Ichthyostega. Estos animales convivieron hace unos 400 millones de años, durante el período Devónico. ### Figura: Dos esqueletos - Uno de un pez de aletas lobuladas llamado **Eusthenopteron**. - Uno de un anfibio llamado **Ichthyostega**. - Ambos esqueletos tienen cintura escapular, cintura pélvica, y extremidades. - Los esqueletos se diferencian en la forma y en las conexiones de las extremidades. - El esqueleto de **Eusthenopteron** tiene aletas lobuladas y la cintura pélvica no se conecta al cráneo. - El esqueleto de **Ichthyostega** tiene extremidades y la cintura pélvica se conecta al cráneo. ### Preguntas para el lector - ¿Qué diferencias y similitudes presentan? - ¿Cómo se modificaron sus miembros? - ¿Qué rasgos de pez mantiene Ichthyostega? - ¿Qué observan al comparar las aletas lobuladas de Eusthenopteron con las extremidades anteriores y posteriores de Ichthyostega? - ¿Y en cuanto a la conexión de la cintura pélvica con el cráneo? - ¿Qué otras estructuras del esqueleto debió desarrollar este primitivo anfibio para evitar el colapso por la fuerza de gravedad? - ¿Qué ventajas y desventajas presentan el medio líquido y el medio aeroterrestre para los organismos que viven en ellos? - Tanto en estado de reposo como en actividad, sobre los seres vivos actúan fuerzas externas, tales como la que ejerce la gravedad, que tiende a comprimirlos y a aplastarlos. - La aparición de tejidos o sistemas especializados para el sostén del propio cuerpo permitió a los organismos mantener una postura y una forma corporal características. ## El medio aéreo - El medio aéreo es menos denso que el acuático y presenta condiciones ambientales más inestables. - La flotabilidad y la elevada viscosidad del medio líquido impiden que los organismos colapsen por la fuerza de gravedad. - Pero en el medio aeroterrestre, la baja viscosidad del aire facilita los movimientos, si bien es preciso contar con estructuras rígidas de sostén para evitar el colapso que provocaría dicha fuerza. ## Colonización del medio aeroterrestre - Hace 400 millones de años comenzaba la progresiva colonización del medio aeroterrestre por las primeras plantas vasculares. - Hasta esa época, todos los organismos vivían en el agua. - Después, se establecieron los primeros escorpiones, los primeros milpiés, los primeros insectos y los primeros anfibios (Ichthyostega). # Exoesqueletos y endoesqueletos - A través del estudio del esqueleto de un animal, podemos determinar su forma y su postura, su capacidad cerebral, su clase de alimentación, etc., pero también pueden deducirse aspectos relacionados con el tipo de movimiento que posee o poseía, como vimos al estudiar las características de Lacy y compararlas con un chimpancé y un ser humano. - ¿Qué características les sugieren las siguientes fotografías en cuanto a los aspectos mencionados? ### Ejemplos de esqueletos - Reconstrucción del Edmontosaurus, un hadrosaurio o dinosaurio pico de pato, en el Museo de Ciencias Naturales de Nueva York. - Cráneo de un orangután, _Pongo pygmaeus_, y de una especie emparentada extinta, _Sivapithecus indicus_, de hace unos 8 millones de años. ### Diversos tipos de esqueletos - A diferencia de la mayoría de los organismos sésiles o sedentarios, los animales con locomoción activa poseen una estructura especializada, el esqueleto. - Este, además de cumplir con la función de sostén corporal (y en ciertos casos de protección), brinda el apoyo necesario para el accionar de los músculos encargados del movimiento, e integra así un sistema más amplio, denominado locomotor. - Según su ubicación, estructura y/o función, los esqueletos se clasifican en: - **exoesqueletos o esqueletos externos**, como en muchos organismos unicelulares (radiolarios, diatomeas, foraminíferos, etc.), algunos invertebrados (como los caracoles) y los artrópodos (insectos, crustáceos y arácnidos); - **endoesqueletos o esqueletos internos**, como en los distintos grupos de vertebrados. ### Tipos de esqueletos - Los esqueletos rígidos de los artrópodos y de los vertebrados se encuentran fragmentados en elementos que se relacionan de tal manera que, mediante el accionar de los músculos, pueden desplazarse unos sobre otros, lo cual les confiere una gran movilidad. - Ambos tipos de esqueleto comparten la funcionalidad, pero difieren en aspectos tales como la ubicación anatómica y la relación con los otros órganos del cuerpo, la composición y la estructura de los elementos que los constituyen, el origen y el desarrollo, etcétera. ### Tabla: Descripción de los esqueletos | Tipo de esqueleto | Ubicación anatómica | Composición y estructura | Crecimiento | |---|---|---|---| | Exoesqueleto | Externa con respecto al resto de los órganos y sistemas. | Una cubierta segmentada que recubre la superficie exterior del cuerpo, compuesta por quitina, sustancia impermeable y resistente. | A medida que el animal crece, tiene lugar un recambio de su esqueleto por uno nuevo y más grande (muda).| | Endoesqueleto | Interna con respecto al resto de los órganos y sistemas. | Elementos articulados formados por tejidos cartilaginosos y óseos: cartílagos y huesos. | Los huesos acompañan el crecimiento del animal al aumentar de tamaño, gracias a la actividad de los tejidos que los forman. | # El esqueleto y las regiones corporales - Si analizan los esqueletos de distintos tipos de vertebrados, podrán identificar sin mayor inconveniente las estructuras que corresponden a la cabeza, al tronco y a las extremidades. - La correlación que mantiene el esqueleto con las regiones corporales permite dividirlo en cabeza, tronco y extremidades. ### Figura: Esqueleto de un vertebrado - **Cabeza** - **Tórax** - **Columna vertebral** - **Extremidades superiores** - **Extremidades inferiores** - **Cintura escapular** - **Cintura pélvica** ### Clasificación de la estructura esquelética - **Esqueleto axial**. Formado por las estructuras del esqueleto próximas al eje longitudinal del cuerpo: la columna vertebral y en algunos grupos, al tórax), que recorre dorsalmente el tronco , y la cabeza ósea, constituida por los huesos del cráneo y la cara. - **Esqueleto apendicular**. Constituido por las estructuras que dan sostén a las extremidades y las cinturas, que unen a estas con el tronco. ## Importancia de la locomoción - En la Antigüedad, la capacidad de movimiento era tomada como criterio para diferenciar a los animales del resto de los seres vivos. - Si bien hoy en día se consideran como criterios de clasificación aspectos de mayor jerarquía relacionados con la evolución y la fisiología, no podemos descartar el movimiento, por ser una actividad propia de los animales e íntimamente ligada con la manera de obtener su alimento. - Lo concreto es que la forma y el tamaño de los organismos guardan una estrecha relación con el tipo de locomoción. ### Ejemplos de diferentes especies de vertebrados - Por ejemplo, el tiburón, el delfin y el ictiosaurio pertenecen a diferentes grupos de vertebrados no emparentados evolutivamente de manera directa; sin embargo, observamos que la forma corporal es similar, alargada o fusiforme, con sus extremos cefálico y caudal aguzados. - Esta analogía tiene su explicación en que ambos comparten un mismo tipo de locomoción, la natación, para la cual el hecho de poseer un cuerpo fusiforme resulta altamente adaptativo. - Recordemos, si no, la forma que adopta un nadador al zambullirse desde un trampolín... ¿Es similar a la de los animales acuáticos? # FUE NOTICIA - Sucedió en Inglaterra, en 2009... ## Las células madre y su uso en la medicina - Las células madre son células indiferenciadas que todavía no se han especializado y que tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de tejido. - Aproximadamente dentro de cinco años, solo bastará con una inyección de células madre de la médula ósea de un individuo para reparar el tejido óseo dañado. - En el laboratorio, se les agregará a estas células partículas nanomagnéticas y luego, una vez dentro del cuerpo, serán "dirigidas" hacia la zona afectada para generar nuevas células óseas. ## Dificultades en el uso de las células madres - El gran desafío que plantea esta nueva técnica es que las células madre lleguen al lugar exacto del cuerpo en el cual son requeridas. - Los científicos de la Universidad Keele, en Inglaterra, que están investigando este tema en ratones, pretenden que la utilización de este nuevo método disminuya la ingesta de fármacos en los pacientes con lesiones óseas que, muchas veces, tienen efectos no deseados en el enfermo. # Cavidades corporales - A lo largo de la evolución de los animales (metazoos), los órganos del cuerpo se fueron alojando en espacios internos, cada vez más complejos. - Estos espacios se denominan cavidades, protegen a los órganos y tienen líquidos lubricantes que mejoran su funcionamiento. ## El celoma - El celoma (del griego _koilos_, hueco) brinda varias ventajas a los organismos que lo poseen, entre ellos el ser humano, el resto de los vertebrados y la lombriz de tierra de la que se observa en la ilustración un corte transversal: - hace que los movimientos del tubo digestivo sean independientes de la pared corporal. - contiene líquido que brinda sostén interno, a modo de esqueleto hidráulico, y permite que el animal alcance un tamaño mayor. - aumenta la proporción de superficies libres y favorece la difusión de los desechos metabólicos de las células y de los nutrientes digeridos en el tubo digestivo. - suministra un espacio extra para la expansión de las visceras. ## Formación del celoma - Los metazoos fueron complicando su estructura corporal al pasar de dos capas u hojas embrionarias (diploblásticos) a tres (triblásticos) y de no poseer celoma (acelomados) a tenerlo (celomados). Los dibujos muestran cortes transversales del cuerpo de un representante de cada tipo de estructura: - **diblásticos**: dos hojas embrionarias (ectodermo y endodermo). - **triblásticos acelomados**: tres hojas embrionarias (endodermo, mesodermo y ectodermo) con mesenquima. - **triblásticos seudocelomados**: tres hojas embrionarias (endodermo, mesodermo y ectodermo) con cavidad interna llamada seudoceloma. - **triblásticos celomados**: tres hojas embrionarias (endodermo, mesodermo y ectodermo) con cavidad interna llamada celoma. ## Cavidades del cuerpo humano - En el ser humano, al igual que en otros vertebrados, se distinguen cinco cavidades corporales principales: - **Craneana**: huesos del cráneo. - **Raquídea**: columna vertebral. - **Torácica**: - **anterior**: esternón. - **lateral**: costillas. - **posterior**: columna vertebral. - **Abdominal**: músculo diafragma. - **Pélvica**: huesos coxales, hueso sacro. ### Tabla: Descripción de las cavidades del cuerpo humano | Cavidad | Constitución | Órganos que alojan | Espacios entre/de órganos | Membranas y líquidos | |---|---|---|---|---| | Craneana | Huesos cortes y planos del cráneo. | Encéfalo: cerebro, cerebelo, protuberancia, bulbo. | Ventriculos: laterales, tercer ventriculo, cuarto ventriculo. | Meninges y líquido cefalorraquídeo | | Raquídea | Columna vertebral. | Médula espinal. | Conducto del epéndima. | Meninges y líquido cefalorraquídeo | | Torácica | Anterior: esternón. Lateral: costillas. Posterior: columna vertebral. | Pulmones, corazón, grandes vasos (arteria aorta, venas cavas, arterias y venas pulmonares). | Cavidades pleurales, cámara pericárdica, aurículas y ventrículos. | Pleuras y líquido pleural. Pericardio y líquido pericárdico. Sangre. | | Abdominal | Músculo diafragma | Higado, páncreas, estómago, intestinos, riñones, bazo. | Celoma cavidad general del cuerpo. | Peritoneo parietal y visceral. | | Pélvica | Huesos coxales, hueso sacro. | Genitales internos, vejiga, conductos y vasos. | Celoma cavidad general del cuerpo. | Peritoneo parietal y visceral. | # Los huesos: formación, crecimiento y clasificación - A diferencia de lo que ocurre en el adulto, en el niño el hueso largo parece interrumpido entre los extremos y la parte central. - Esta apariencia se debe a que esas zonas del hueso, denominadas placas de crecimiento, están formadas por tejido cartilaginoso. - La producción de cartilago de las placas y su posterior sustitución por tejido óseo determinará el aumento en longitud del hueso hasta la adultez. ## Tejidos del sistema esquelético - El sistema óseo humano está constituido, entonces, por los huesos, órganos duros y resistentes, y por los cartilagos que, en los adultos, se encuentran en ciertos órganos, como la nariz y la oreja (pabellón) y recubren y protegen los extremos de algunos huesos. ### Descripción del cartilago - La sustancia intercelular del cartílago está formada por un 60% de agua y un 40% de sustancias sólidas (fibras colágenas, glúcidos y materia inorgánica, como el cloro, el sodio y el potasio), y carece de vasos sanguíneos. - Las células cartilaginosas se denominan condrocitos. ### Descripción del hueso - Los huesos, en cambio, son órganos resistentes y, al mismo tiempo, livianos. - La matriz intercelular del hueso está compuesta por un 40% de agua y un 60% de sustancias sólidas (fibras colágenas, mucopolisacáridos y minerales cálcicos-cristales aplanados de hidroxiapatita-). - Estos cristales tienen la particularidad de conferirles dureza a los huesos. ### La matriz intercelular ósea - La sustancia intercelular ósea tiene cavidades (osteoplastos), que alojan a los osteocitos (células óseas) y a los vasos sanguíneos, y está surcada por muchos canales estrechos, los conductillos óseos, que se ramifican y forman una extensa red por la que circulan los nutrientes de los vasos a las células. - Estos elementos forman unidades estructurales delgadas, las laminillas, que se superponen una encima de otra como las páginas de un libro. - Tejido cartilaginoso visto con microscopia óptica. Los condrocitos aparecen teñidos de rojo. - Tejidos óseo esponjoso (A), compacto (B) y haversiano (C), vistos con el microscopio óptico. - En A, las laminillas, denominadas trabéculas, se disponen irregularmente, y entre ellas está la médula ósea roja, productora de las células sanguíneas. - En B, las laminillas se superponen de manera regular y forman capas gruesas. - En C, las laminillas, dispuestas de manera concéntrica alrededor de un conducto central que contiene vasos sanguíneos, forman el Sistema de Havers. ## Clasificación de los huesos ### Tabla: Clasificación de los huesos | Tipo de hueso | Descripción | |---|---| | **Huesos cortos** | La longitud, el ancho y el espesor son más o menos iguales. Están dispuestos en zonas de movimientos acotados, pero pueden imprimir mucha fuerza. Se hallan en las muñecas, en los pies y en la columna vertebral. | | **Huesos largos** | La longitud predomina sobre el ancho y el espesor. En la diáfisis se encuentra el canal medular, que aloja la médula ósea amarilla. Están dispuestos en regiones que llevan a cabo amplios e intensos movimientos. Forman el esqueleto de las extremidades superiores e inferiores. | | **Huesos planos o anchos** | El lago y el ancho predominan sobre el espesor. Ocupan áreas que no ejecutan movimiento alguno y forman verdaderas estructuras protectoras alrededor de los órganos vitales. Se encuentran, fundamentalmente, en la región cefálica y en la torácica. | # La estructura de los huesos - Los huesos toman contacto entre si por medio de superficies especializadas, las articulaciones. ### Figura: Hueso largo - **Epífisis** - **Diáfisis** - **Epífisis** - **Hueso largo (fémur).** - **Articulación** - **Coxal** - **Músculo (glúteo mediano)** - **Fémur** ### Crecimiento de los huesos - **Crecimiento en longitud** - **Epífisis** - **Diáfisis** - **Crecimiento en grosor** - **Periostio** - **Tejido óseo esponjoso** - **Tejidos óseo compacto y haversiano** ### Descripción de la estructura del hueso - Todas las huesos se hallan revestidos por una membrana doble recorrida por capilares sanguíneos, el periostio, formado por fibras colágenas, células mesenquimáticas y células óseas juveniles. ### Crecimiento del hueso - A medida que un individuo se desarrolla, el cartilago va siendo reemplazado por hueso. - Este mecanismo (osificación endocondral) solo origina tejido óseo esponjoso. - El tejido óseo compacto y el haversiano se forman de otra manera. - Pero, cualquiera que sea el mecanismo de osificación, este se lleva a cabo siempre a partir de células mesenquimáticas (células embrionarias derivadas del mesodermo). ### Crecimiento en longitud - Crecimiento en longitud: Esto es posible porque entre las epífisis y la diáfisis de los huesos largos esta el cartilago de conjunción o de crecimiento (A), con una parte superior, que se reproduce (B), y otra inferior, que se osifica (C). - Esto sucede hasta los 20-22 años, cuando el cartilago deja de reproducirse y se osifica por completo. ### Crecimiento en grosor - Crecimiento en grosor. Se produce por transformación del periostio (A). - Las células mesenquimáticas de esta membrana (B) pueden diferenciarse y generar nuevo tejido óseo (C) para engrosar los huesos o reparar los daños. ### Descripción de la estructura interna del hueso - **Osteocito** - **Trabéculas** - **Medula óseo roja** - **Tejido óseo esponjoso** - **Canal medular** - **En la diáfisis, dentro del canal medular se aloja la médula ósea amarilla, en la que predominan las celulas grasas (conocida popularmente como caracul** - **Sistema de Havers** - **TOH** - **TOC** - **Tejido óseo compacto (TOC) y haversiano (TOH)** - **Canal medular** - **Laminillas** # La relación entre los huesos: las articulaciones - Afirmar o negar con la cabeza, patear una pelota, andar en bicicleta, escribir, hablar o practicar cualquier deporte implican una serie de movimientos. - Estos son posibles porque los huesos del esqueleto no trabajan aisladamente sino que se asocian unos con otros, de manera específica. ## Definición de articulación - La relación entre los huesos se produce en las zonas de contacto de dos o más elementos óseos, y se la denomina articulación. ## Tipos de articulaciones - Ahora bien, ¿se articulan de la misma manera los huesos de las distintas regiones corporales? Vean la siguiente situación: ### Figura: Tipos de articulaciones - **Articulación normal** - **Luxación (A)** - **Fractura expuesta** - **Fisura** - **Fractura completa** ### Descripción de los diferentes tipos de articulaciones - **Luxación (A)** es una lesión que puede producirse cuando se hace un movimiento exigido: consiste en la rotura de ligamentos y en un desplazamiento de las superficies óseas que forman parte de la articulación. - **El esguince** es una lesión más moderada, con rotura de ligamentos pero sin desplazamiento de las superficies articulares. - **Y otra más seria, en la que el hueso queda comprometido, es la fractura (B).** - En este último caso, si los bordes del hueso a ambos lados de la lesión no están separados, se habla de una fisura, pero si lo están, la fractura es completa, y si el hueso sobresale de la superficie corporal, se habla de fractura expuesta. ### Tipos de articulaciones según su movimiento - **Sinartrosis o articulaciones inmóviles**. En el cráneo, los huesos se encuentran soldados entre sí y forman una cavidad rígida que protege el encéfalo. Dichas articulaciones se conocen con el nombre de suturas. - **Anfiartrosis o articulaciones semimóviles.** En la sintisis pubiana, así como también en las vértebras, los huesos se unen por medio de cartílagos y adquieren una movilidad intermedia, dado que las estructuras de las que forman parte deben llevar a cabo una importante función de soporte sin perder su flexibilidad. - En particular, entre los cuerpos de las vértebras vecinas existe un disco fibro-cartilaginoso que permite una buena articulación y absorbe los impactos originados por las fuerzas de compresión a la que está expuesta la columna. - **Diartrosis articulaciones móviles.** En las extremidades, los huesos se relacionan muy específicamente pero manteniendo una libertad que permite diversos tipos de movimiento. - Estos se producen según la forma de las zonas de contacto de los huesos intervinientes que limitan en mayor o en menor medida el movimiento, la disposición de los ligamentos y la tensión de los músculos. - Las superficies que se articulan están cubiertas por cartilago; el medio de unión es la cápsula articular, reforzada por ligamentos. - La capa externa de la cápsula es una membrana fibrosa que cubre de un extremo óseo a otro, asegurando la cohesión de la articulación, mientras que la interna está formada por otra membrana que se une al cartilago. - Esta última segrega un líquido lubricante, denominado sinovial. ### Figura: Tipos de articulaciones - **Hernia (del latín _hernia_)**. Salida de una viscera fuera de la cavidad que la contiene por una rotura de la pared de esta. - **Sínfisis pubiana (del griego _symphysis_, juntura).** Unión del extremo pubiano de los coxales en la parte anterior de la pelvis. - **Sutura dentada escamosa anónica.** - **Sinartrosis: suturas del cráneo** - **Disco intervertebral fibrocartilaginoso** - **Cuerpos vertebrales** - **Anfiartrosis: articulación intervertebral** - **Membrana sinovial** - **Cartilago** - **Ligamento** - **Diartrosis: rodilla**. - **Fémur** - **Rótula** - **Tibia**