Lección 19 Diferenciación celular y tipos de tejidos PDF

Leccion 19: Diferenciacion celular y tipos de tejidos 166 1.-Diferenciacion celular La diferenciación celular es el proceso por el cual las células de un linaje celular concreto sufren modificaciones en su expresión génica, para adquirir la morfología y las f...

Leccion 19: Diferenciacion celular y tipos de tejidos 166 1.-Diferenciacion celular La diferenciación celular es el proceso por el cual las células de un linaje celular concreto sufren modificaciones en su expresión génica, para adquirir la morfología y las funciones de un tipo celular específico y diferente al resto de tipos celulares del organismo. La diferenciación celular se produce con el desarrollo embrionario. En el proceso de diferenciación celular intervienen:  El citoplasma del ovulo.  Señales externas (el entorno).  Expresión diferencial de genes. Cualquier célula que presente capacidad de diferenciación y la capacidad de dividirse para producir nuevas células que también presentan la capacidad de diferenciarse, es lo que se denomina como célula madre. Éstas pueden clasificarse según su capacidad de diferenciación en totipotentes, pluripotentes, multipotentes y unipotentes. Las células madre embrionarias son pluripotentes, es decir pueden originar cualquier tipo de célula del organismo adulto. Hay células madre en algunos tejidos presentes en el organismo adulto como en la epidermis, en el recubrimiento del intestino delgado y en la medula ósea. También se han encontrado células madre en el cerebro, cabello, dientes y ojos. El uso de células madre para regenerar distintos tipos de tejido es objeto de intensa investigación. Las células madre presentes en la médula ósea pueden resultar dañadas por efecto de las terapias aplicadas contra el cáncer. En este caso, un autotransplante de medula ósea podría reparar el daño causado por el tratamiento contra el cáncer. A partir de la médula ósea se pueden obtener células madre mesenquimáticas, precursoras de células que se pueden diferenciar en células presentes en huesos o músculos (tejido conjuntivo). Existen técnicas genéticas para conseguir células madre como SCNT: se reemplaza el núcleo de un óvulo por el de una célula somática adulta. Se cultiva in vitro hasta la fase blastocisto, en la que se obtienen células madre embrionarias y genéticamente idénticas al donante. 167 2.-Tejidos Un tejido es un conjunto de células que, o bien tienen una estructura similar, y/o desempeñan funciones comunes. Existen multitud de tejidos, en función de las células que lo componen o las funciones a las que se dedican: 2.1.-Tejido epitelial Recubre tanto el cuerpo como órganos y cavidades internas. Sus células se colocan muy próximas entre sí, sin dejar espacio. Pueden estar formadas por una sola capa de células (tejido simple) o multitud de ellas (tejido estratificado). Esta estructura permite al epitelio limitar la pérdida de líquidos y funciona como barrera frente a: daños mecánicos, radiaciones UVA, patógenos. Además, el tejido epitelial, participa en las funciones de relación con el ambiente y puede desempeñar funciones de absorción o secreción de sustancias. Las células del tejido epitelial suelen tener un núcleo grande, esférico o elíptico. Si cumplen funciones de absorción contienen numerosos gránulos. Las células del tejido epitelial pueden producir estructuras especializadas con crecimiento hacia el exterior de cuerpo, como pelos, lana, plumas, uñas, garras, picos, pezuñas y cuernos. Estas estructuras junto a las capas externas de la piel están constituidas básicamente de queratina. La queratina es una proteína de gran estabilidad, insoluble en agua y resistente a la acción de enzimas proteolíticas. Según el tipo de estructura que tenga este tejido desempeñará una u otras funciones: 168  Epitelio columnar simple. Recubre intestinos, segrega jugos digestivos y absorbe nutrientes.  Epitelio columnar ciliado seudoestratificado. Forma la membrana mucosa que recubre buena parte del tracto respiratorio. El movimiento de los cilios desplaza el mocus y lo extiende por la superficie.  Epitelio escamoso simple. Es muy fino, facilita el movimiento por difusión. Recubre los vasos sanguíneos y sacos pulmonares.  Epitelio escamoso estratificado. Recubre zonas sometidas al roce intenso, por ejemplo el ano y la vagina.  Epitelio cuboidal. Es un tejido compuesto por células especializadas en la secreción. Componen los conductores renales, glándulas salivales, tiroides… 169 2.2.-Tejido conjuntivo Su función principal es servir de unión y soporte de otros tejidos del cuerpo. Está formado por células embebidas en una matriz, compuesta normalmente por una red de fibras proteicas en una fase liquida, gelatinosa o sólida. Se diferencian seis tipos de tejidos conjuntivos en vertebrados:  Tejido conjuntivo laxo, es el tejido más abundante en el cuerpo humano. Une el epitelio al cuerpo y sujeta los órganos en su sitio.  Tejido conjuntivo fibroso, es denso y poco elástico. Las fibras se agrupan en haces. Aparece en tendones y ligamentos.  Tejido cartilaginoso. En el cartílago la matriz está formada por un complejo de proteínas e hidratos de carbono y tienen consistencia gelatinosa. Constituyen un material de soporte fuerte y flexible. Forma el esqueleto en etapa embrionaria, posteriormente es remplazado por el tejido óseo (aunque se mantiene cartílago en algunos puntos). Algunos vertebrados, como el tiburón, mantiene el esqueleto cartilaginoso en el estado adulto. 170  El tejido óseo. Es un tejido conjuntivo mineralizado. La matriz está formada por fibras de colágeno y depósitos de determinados minerales. Esta estructura le otorga una elevada resistencia, mayor que la del tejido cartilaginoso, y cierta elasticidad. Las funciones que aporta el tejido óseo son las siguientes: 1. Soporte estructural para la acción de otros tejidos más blandos como los músculos. 2. Protección. Por ejemplo en el cráneo. 3. Alojamiento de tejidos especializados, como la médula (síntesis de células sanguíneas). 4. Reserva de elementos minerales que juegan un papel decisivo en la homeostasis. La estructura microscópica del hueso en mamíferos muestra la repetición de unidades llamadas osteones. Los elementos minerales se depositan en capas concéntricas alrededor nervios y/o vasos sanguíneos. El tejido óseo tiene muchas de las propiedades de materiales como la fibra de vidrio, en los que la matriz confiere rigidez, dureza y resistencia a la compresión y las fibras de colágeno asociadas confieren resistencia a tracción. Es también moderadamente elástico, una propiedad importante para soportar los golpes.  El tejido adiposo almacena grasas en forma de grandes gotas que pueden llegar a ocupar prácticamente todo el volumen celular. Este tejido se encuentra bajo la piel, donde cumple la función de aislante térmico, en depósitos entre los músculos, donde cumple funciones de almacenamiento de energía, o rodeando algunos órganos, aquí tiene una función de protección a modo de “colchón”. 171  El tejido hematopoyético o sangre tiene una matriz liquida denominada plasma compuesta por agua, sales y proteínas. Inmerso en esta matriz se encuentran los glóbulos rojos, los glóbulos blancos y las plaquetas. A diferencia de otros tipos de tejidos conjuntivos, la sangre no presenta una red de fibras proteicas en la matriz líquida. Sin embargo, las proteínas presentes en el plasma y junto a las plaquetas participan en la coagulación. Las funciones que cumple el tejido hematopoyético son: 1. Balance osmótico. 2. De tapón de pH. 3. Defensa contra patógenos. 4. Cicatrización. 5. Transporte de gases, nutrientes y hormonas. 172 2.3.-Tejido muscular Es responsable de todos los tipos de movimientos. Sus células son alargadas y contienen proteínas como la actina y la miosina, los núcleos aparecen en los bordes de las células ya que las células musculares están ocupadas en su mayor parte por microfibrillas. Es el tejido más abundante en muchos animales. Se diferencian tres tipos de tejido muscular:  Tejido muscular estriado está formado por haces de células alargadas. Al microscopio se puede apreciar los sarcómeros, responsable de la contracción del músculo que posibilita el movimiento voluntario.  Tejido muscular cardiaco, está constituido por fibras que se ramifican y conectan entre sí en los discos intercalados, que permiten la transmisión de señales entre células y un movimiento sincronizado. Este tipo de tejidos componen el corazón.  Tejido muscular liso. Se encuentra en las paredes del tracto digestivo, vejiga y arterias… 173 Los sarcómeros son las unidades contráctiles de los músculos que posibilitan el movimiento. Están formados por bandas con filamentos proteicos delgados, compuestos de actina, y/o filamentos proteicos gruesos, compuestos de miosina. La longitud de los filamentos proteicos no cambia durante la contracción-relajación. Cada molécula de miosina está formada por una porción alargada denominada cola y otra globular a la que llamamos cabeza. 174 2.4.-Tejido nervioso Está compuesto por células muy especializadas llamadas neuronas y por células glía. Las neuronas son un tipo de células del tejido nervioso cuya principal función es la excitabilidad eléctrica de su membrana plasmática; están especializadas en la recepción de estímulos y conducción del impulso nervioso entre ellas o con otros tipos celulares. Altamente diferenciadas, la mayoría de las neuronas no se dividen una vez alcanzada su madurez; no obstante, una minoría sí lo hace. Las neuronas presentan unas características morfológicas típicas que sustentan sus funciones: un cuerpo celular llamado soma, una o varias prolongaciones cortas que generalmente transmiten impulsos hacia el soma celular, denominadas dendritas; y una prolongación larga, denominada axón que conduce los impulsos desde el soma hacia otra neurona u órgano diana. Las células glía son células del tejido nervioso que desempeñan, de forma principal, la función de soporte de las neuronas; intervienen activamente, además, en el procesamiento cerebral de la información en el organismo. Las células gliales controlan, fundamentalmente, el microambiente celular en lo que respecta a la composición iónica, los niveles de neurotransmisores y el suministro de citoquinas y otros factores de crecimiento. 175 Leccion 20: Sistemas El cuerpo animal está compuesto de sistemas los cuales a su vez están formados por dos o más órganos. Los órganos están compuestos de tejidos los cuales se componen de células. Un tejido es un grupo de células y de material extracelular que forman una unidad estructural y funcional, especializada para una tarea específica. 1.-Sistema digestivo El sistema digestivo está compuesto por un conjunto de órganos encargados de procesar alimentos. Los alimentos están compuestos por: energía química, moléculas orgánicas y nutrientes esenciales. Las necesidades nutritivas varían entre especies y a lo largo de su ciclo vital. 1.1.-Etapas del procesamiento de alimentos Las etapas del procesamiento de alimentos en el sistema digestivo son:  Ingestión: Se produce cuando se “come” un alimento, es decir, cuando el alimento es llevado a la boca.  Digestión: proceso de hidrólisis enzimática que tiene lugar en distintos órganos del aparato digestivo: boca (mediante la saliva), estómago (mediante los jugos gástricos que contienen pepsina) y el intestino. La digestión rompe las moléculas que constituyen los alimentos en moléculas más pequeñas que pueden ser absorbidas atravesando las membranas celulares.  Absorción: Se produce en el intestino delgado. Los nutrientes obtenidos de los alimentos ingresan a las células epiteliales que tapizan la luz del intestino delgado por transporte activo o difusión. Los nutrientes se transportan por la sangre a todos los tejidos y llegan a las células para cumplir determinados fines.  Eliminación: se realiza por diferentes órganos o tejidos, y consiste en la excreción de elementos innecesarios o tóxicos para el organismo. 176 2.-Sistema circulatorio Su función es el transporte de gases, nutrientes y productos metabólicos a distintas partes del organismo. El sistema circulatorio es muy importante en el proceso de oxigenación celular, todas las células de un organismo necesitan oxígeno, sin oxígeno estas mueren. El corazón es el órgano responsable de bombear la sangre, está formado por tejido muscular cardiaco. Las aurículas tienen paredes relativamente delgadas y los ventrículos tienen paredes relativamente gruesas, ya que estos se contraen con mucha fuerza. El corazón se contrae y se relaja con un ritmo cíclico denominado ritmo cardiaco. La fase de contracción se llama sístole y la de relajación diástole. 2.1.-Circulación sanguínea en vertebrados El sistema circulatorio varía según el tipo de vertebrado: , En algunos reptiles como los lagartos y las serpientes; y algunos anfibios como las tortugas, existe una división parcial del ventrículo. Corazón con tres cavidades. , En otros reptiles como los cocodrilos, la división del ventrículo es completa. , En el caso de los mamíferos y las aves el corazón se compone de cuatro cavidades. La circulación es doble y permite una mayor presión en el flujo sanguíneo que riega los distintos órganos del cuerpo. Tener un corazón con dos aurículas y dos ventrículos una importante adaptación de los individuos endotérmicos. 177 2.2.-Estructura de los vasos sanguíneos Un vaso sanguíneo es una estructura hueca y tubular que conduce la sangre impulsada por la acción del corazón. Los vasos sanguíneos se clasifican en tres grupos: , Las arterias son las encargadas de llevar la sangre desde el corazón a los órganos, transportando el oxígeno (excepto en las arterias pulmonares, donde transporta sangre con dióxido de carbono) y los nutrientes. Esta sangre se denomina arterial u oxigenada en la circulación mayor y tiene un color rojo intenso. Las arterias tienen las paredes gruesas y ligeramente elásticas, pues han de soportan mucha presión. Los músculos de sus paredes, que son del tipo músculo liso, les permiten contraerse y dilatarse para controlar la presión arterial y cantidad de sangre que llega a los órganos. , Las venas llevan la sangre desde los órganos y los tejidos hasta el corazón y desde este a los pulmones, donde se intercambia el dióxido de carbono con el oxígeno del aire inspirado, (excepto en las venas pulmonares, donde se transporta sangre oxigenada). Esta sangre se llama venosa y es de color más oscuro. Poseen válvulas unidireccionales que impiden el retroceso de la sangre. , Los capilares son vasos de paredes muy finas, que comunican las arterias con las venas. Se caracterizan por el intercambio de sustancias entre sangre y tejidos. 178  2.3.-Velocidad de la sangre y presión sanguínea Las paredes de las arterias son muy fuertes, lo suficiente como para recibir la sangre bombeada por el corazón a una gran presión. Las paredes de las arterias también están dotadas de una gran elasticidad que permite mantener “constante” la presión en la sangre. El flujo de la sangre se hace más lento al aumentar la resistencia en arteriolas y es mínimo en capilares. Esto favorece el intercambio de gases y particular. La velocidad de la sangre se reduce al disminuir el diámetro total. La velocidad en las venas es inferior a la velocidad en las arterias. La presión parcial varia a corto plazo, ciclo cardiaco, y a largo plazo, acción de señales que actúan sobre los músculos lisos de los vasos. Vasoconstricción, en situaciones de estrés físico o emocional, las arteriolas se contraen provocando un aumento de la presión arterial que asciende hacia las arterias. Vasodilatación, al realizar ejercicio las arteriolas se dilatan, lo que favorece el transporte de oxígeno a los músculos. Para mantener un flujo sanguíneo adecuado, aumenta el ritmo cardiaco. 2.4.-El efecto de la gravedad La presión arterial en el cerebro es inferior a la medida a la altura en el corazón, por efecto de la diferencia de altura. Una caída brusca de la presión arterial en el cerebro puede provocar un descenso crítico de los niveles de O2 y glucosa. En estas condiciones el organismo puede responder con un desmayo, que lleva la cabeza a la altura del corazón y favorece el flujo sanguíneo. El efecto de la gravedad también se aprecia en el retorno de la sangre a los pies, la contracción de los músculos de las piernas ayuda al flujo de sangre en las venas. 179 2.5.-Allocation. Irrigación sanguínea Solo entre un 5 y un 10% de los capilares de nuestro cuerpo presentan flujo de sangre a su través en un momento determinado. En el resto del cuerpo, el suministro de sangre varía en función de las necesidades de distintos órganos: , En el cerebro, el corazón, el hígado y los riñones permanecen irrigados al siempre. , En los músculos, el suministro de sangre aumenta cuando se realiza ejercicio. , En el trato digestivo, el suministro de sangre aumenta cuando se está realizando la digestión. , En la piel, el suministro de sangre aumenta cuando la temperatura disminuye. Los capilares no tienen músculo liso, la regulación del flujo a través de capilares se realiza por contracción del musculo liso de las arteriolas. La sangre circula despacio por los capilares. Esto permite la difusión a través del endotelio de moléculas pequeñas como O2 y CO2. Otras sustancias son transportadas a través de las membranas mediante vesículas. 180 3.-Sistema respiratorio El sistema respiratorio transporta el oxígeno desde los pulmones hasta todas las células del cuerpo. En los pulmones se realiza el intercambio gaseoso, el organismo capta el O 2 de la atmosfera y cede CO2 a esta. Los alveolos pulmonares son sacos aéreos de muy pequeño diámetro, entre 0.1 y 0.2mm. la superficie total de los alveolos es 50 veces la de la piel, de esta manera se facilita el transporte de 02 y CO2 por difusión. Las células en las que se realiza el intercambio gaseoso son células vivas y como tales tienen una membrana plasmática que debe permanecer en contacto con una solución acuosa. El O2 para entrar en las células epiteliales debe disolverse en la capa acuosa que tapiza la superficie de las células. Las células epiteliales segregan una sustancia surfactante que evita el colapso del alveolo por la elevada tensión superficial de la capa acuosa. El desarrollo del sistema respiratorio depende de la demanda metabólica de cada especie. Los pulmones de especies endotermas presentan mayor superficie para el intercambio gaseoso que los de las especies ectotermas. El intercambio gaseoso se realiza por diferencias en la presión parcial de oxígeno y C0 2 entre la sangre y el aire que entra a los pulmones. La respiración mantiene estas diferencias, inhalando aire rico en oxígeno y exhalando aire rico en dióxido de carbono. En mamíferos, el aire es succionado hasta los pulmones. El aire inhalado se mezcla con el aire residual en conductos y pulmones. Baja PO2. En anfibios, el aire entra en los pulmones por presión desde la cavidad oral. En aves, la ventilación es más eficiente, el aire entra a los sacos aéreos y de ahí pasa a los pulmones. No se mezcla aire entrante con aire residual. Alta PO2. 181 4.-Sistema endocrino El sistema endocrino o también llamado sistema de glándulas de secreción interna es el conjunto de órganos y tejidos del organismo, que segregan un tipo de sustancias llamadas hormonas, que son liberadas al torrente sanguíneo y regulan algunas de las funciones del cuerpo. Es un sistema de señales similar al del sistema nervioso, pero en este caso, en lugar de utilizar impulsos eléctricos a distancia, funciona exclusivamente por medio de sustancias (señales químicas). Las hormonas regulan muchas funciones en los organismos, incluyendo entre otras el estado de ánimo, el crecimiento, la función de los tejidos y el metabolismo, por células especializadas y glándulas endocrinas. Actúa como una red de comunicación celular que responde a los estímulos liberando hormonas y es el encargado de diversas funciones metabólicas del organismo. Los órganos endocrinos también se denominan glándulas sin conducto o glándulas endocrinas, debido a que sus secreciones se liberan directamente en el torrente sanguíneo, mientras que las glándulas exocrinas liberan sus secreciones sobre la superficie interna o externa de los tejidos cutáneos, la mucosa del estómago o el revestimiento de los conductos pancreáticos. Las hormonas secretadas por las glándulas endocrinas regulan el crecimiento, el desarrollo y las funciones de muchos tejidos, y coordinan los procesos metabólicos del organismo. Las glándulas más representativas del sistema endocrino son la hipófisis, la tiroides y la suprarrenal. Las glándulas endocrinas en general comparten características comunes como la carencia de conductos, alta irrigación sanguínea y la presencia de vacuolas intracelulares que almacenan las hormonas. Esto contrasta con las glándulas exocrinas como las salivales y las del tracto gastrointestinal que tienen escasa irrigación y poseen un conducto o liberan las sustancias a una cavidad. Aparte de las glándulas endocrinas especializadas para tal fin, existen otros órganos como el riñón, hígado, corazón y las gónadas, que tiene una función endocrina secundaria. Por ejemplo el riñón segrega hormonas endocrinas como la eritropoyetina y la renina. 182 183 Leccion 21: Homeostasis Para poder entender la homeostasis es necesario definir primero el concepto de fisiología. La fisiología es la ciencia que estudia el funcionamiento de los seres vivos a distintos niveles. El equilibrio al que se refiere la homeostasis se alcanza, por tanto, a través del normal funcionamiento de nuestro organismo. Es tanto un equilibrio dinámico. La homeostasis es el estado de equilibrio fisiológico del cuerpo, por el que los animales mantienen un ambiente interno relativamente constante e independiente del medio externo. La homeostasis se alcanza mediante una serie de mecanismos de control que inducen respuestas para corregir la desviación respecto al valor objetivo de cada variable. La homeostasis es compatible con la existencia de cambios regulados en el ambiente interno. Estos cambios se pueden producir como respuesta a cambios ambientales, aclimatación. Las reacciones enzimáticas son muy sensibles a la temperatura y factores del medio como el pH. De aquí el interés de mantener estos parámetros constantes para el correcto funcionamiento del organismo. 184 1.-Termoregulacion La termorregulación es el proceso por el cual algunos animales mantienen la temperatura interna, relativamente, estable e independiente de la temperatura exterior. Ya que una variación considerable en la temperatura supone:  Una variacion en la velocidad de las reacciones químicas presentes en el organismo.  Una variacion en la actividad de algunas proteínas.  Un cambio en la fluidez de las membranas. 1.1.-Termoregulación en función del metabolismo La termorregulación depende de las fuentes de calor, tanto externo como interno (metabolismo). El calor interno generado por un organismo depende de su metabolismo, y este, a su vez depende del tipo de especie:  Endotermos. Los animales endotermos mantienen su temperatura corporal dentro de unos límites “independientemente” de la temperatura ambiental. El proceso consume energía química procedente de los alimentos ya que estos organismos tienen mecanismos para producir calor en ambientes fríos o para ceder calor en ambientes cálidos, conocidos en su conjunto como termorregulación. Estos mecanismos están situados en el hipotálamo, la piel, el aparato respiratorio, etc. Los mamíferos y las aves son los dos grandes grupos animales que poseen esta característica con el mecanismo termorregulador. Gracias al autoabastecimiento de calor, algunos homeotermos pueden sobrevivir en las condiciones de frío muy adversas como es el caso de los pingüinos.  Ectotermos, son animales que no disponen de mecanismos químicos para regular su temperatura corporal. Un ejemplo de esto lo tenemos en los reptiles, que pasan largas horas al sol para conseguir la temperatura necesaria para que su metabolismo funcione. Como los ectotermos no gastan energía al no producir calor, pueden estar largos periodos sin alimentarse. Por ejemplo, una serpiente puede estar meses sin comer, mientras que un mamífero necesita alimentarse diariamente. Algunos animales ectotermos pueden transformarse en endotermos en determinadas etapas de su ciclo vital. Por ejemplo: la pitón en la etapa de incubación. 185 1.2.-Métodos de transferencia de calor La termorregulación depende de la habilidad de cada individuo para controlar el intercambio de calor con el medio. Este intercambio de calor con el medio se puede realizar por los siguientes métodos:  Radiación térmica: transmisión de calor mediante ondas electromagnéticas, entre la fuente emisora y el receptor, sin necesidad de un medio de transporte.  Evaporación: perdida de calor mediante el cambio de estado líquido a gas.  Convección: transferencia de calor por el movimiento de un fluido. Puede ser natural, como el caso del aire caliente que tiende a subir, o forzada, como el caso del movimiento de la sangre.  Conducción: transferencia directa de calor entre dos superficies en contacto. 1.3.-Aislamiento térmico El aislamiento térmico es la reducción de la transferencia de calor en ambos sentidos y es aportada por:  Tejidos de recubrimiento como la piel, el pelo, las plumas…  Tejidos adiposos como es el caso de las capas de grasas bajo la piel.  El aumento o disminución del flujo de sangre hacia la piel es capaz de disminuir el intercambio de calor en uno u otro sentido. 1.4.-Participación de la retroalimentación en la termorregulación En el caso de la especie humana, el hipotálamo detecta los cambios de temperatura y activa una serie de determinadas respuestas: Al aumentar la temperatura la respuesta del hipotálamo induce a un aumento en la sudoración y la dilatación de los vasos cercanos a la piel (nos ponemos rojos) para reducir la temperatura corporal. Al disminuir la temperatura la repuesta del hipotálamo induce a una mayor contracción muscular (tiritamos y se nos pone la piel de gallina) y la construcción de los vasos cercanos a la piel (nos ponemos blanquecinos) para aumentar la temperatura corporal. 186 1.5.-Termorregulación y tasa metabólica La tasa metabólica es la cantidad de energía que utiliza un animal por unidad de tiempo. Se cuantifica en estado basal, es decir: en reposo, con el estoma vacío y sin experimentar estrés. La tasa metabólica es mucho menor en ectotermos que en endotermos. La tasa metabólica del hombre es superior a la de la mujer y equivale a la energía utilizada por una bombilla de 75W. La tasa metabólica depende del tamaño del organismo y su actividad, pero sin embargo la tasa metabólica basal por unidad de masa corporal disminuye con el tamaño. 1.6.-Termogénesis Las especies de algunas flores pueden aumentar su temperatura hasta 35ºC respeto a la temperatura ambiente. Surge a partir de reacciones químicas que desprenden calor, es decir reacciones exotérmicas, y se llevan a cabo en las mitocondrias. 187 2.-Balance energetico Los animales obtienen energía de los alimentos que ingieren. Esta energía se puede utilizar para realizar distintas actividades (incluidas las actividades metabólicas) o almacenar (glucógeno en el hígado y los músculos, el tejido adiposo será la segunda línea de almacenamiento). Las hormonas insulina o glucagón, secretadas por el páncreas, regulan el equilibrio homeostático de la concentración de glucosa en sangre. 188 3.-Osmorregulacion La osmorregulación es el proceso por el cual los animales controlan la concentración de solutos y el balance hídrico de su cuerpo. Todos los seres vivos necesitan mantener la concentración de fluidos internos entre unos márgenes más o menos estrechos para asegurar un correcto funcionamiento del organismo. Los procesos de osmorregulación están estrechamente unidos a la excreción, secreción de residuos nitrogenados potencialmente tóxicos. 3.1.-Balance hídrico El agua entra y sale de la célula atravesando la membrana plasmática, en un proceso de ósmosis, con flujo neto de agua de la solución más diluida a la más concentrada. Para mantener el balance hídrico, los animales pueden seguir dos estrategias:  Estrategia osmótica-conformista: consiste en mantener el medio interno con concentración idéntica al medio externo, no existe flujo neto de agua. Este estrategia es seguida por algunos individuos marinos que suelen vivir en aguas con escasas variaciones de concentración, medio externo constante.  Estrategia osmorreguladora: consiste en mantener el medio interno con concentración uniforme e independiente del medio externo. Las especies que siguen esta estrategia pueden habitar medios terrestres y aguas dulces que son inhabitables para aquellas especies que siguen estrategias osmóticas-conformistas. Independientemente de la estrategia utilizada, la mayoría de animales son estenohalinos, es decir no toleran cambios importantes en la concentración del medio en el que viven. El resto de especies que no son estenohalinas son eurhalinas como el salmón. Los principales desafíos para la osmorregulación dependen del medio: Muchos peces de agua salada mantienen una concentración salina muy inferior a la del medio, por lo que constantemente están perdiendo agua. Para compensarlo beben grandes cantidades de agua. Excretan una orina muy concentrada para evitar las pérdidas de agua. Sin embargo la mayoría de peces de agua dulce mantienen una concentración salina muy superior a la del medio en el que viven. Tienen que eliminar constantemente grandes cantidades de agua usando como mecanismos la expulsión de una orina muy diluida y no suelen beben agua. La osmorregulación en animales terrestres debe evitar el riesgo de deshidratarse. 189 3.2.-Excreción La excreción consiste en la eliminación de residuos potencialmente tóxicos disueltos en agua. La excreción es determinante en el balance hídrico, según la variación de concentración y composición de la orina. El objetivo de la osmorregulación es mantener estable la concentración de solutos a nivel citoplasmático. Esto se consigue de forma indirecta, a través de la regulación de la concentración de fluidos que bañan las células mediante la perdida de líquidos. 190 191 Leccion 22: Coordinacion: senales químicas e impulsos nerviosos. La coordinación de los distintos sistemas que constituyen un organismo se realiza a través del sistema nervioso y del sistema endocrino Las señales transmitidas por las neuronas del sistema nervioso pueden regular la secreción de hormonas. Las hormonas segregadas por el sistema endocrino regulan el metabolismo, el crecimiento, el desarrollo, la reproducción y el comportamiento. La acción de ambos sistemas se solapa con frecuencia. 1.-Las hormonas y el sistema endocrino Las hormonas son moléculas sintetizadas en determinados órganos, que circulan por la sangre y/o linfa y ejercen una acción reguladora en determinadas partes del organismo. Las hormonas transmiten información de una célula a otra mediante la unión a unas determinadas proteínas en las células diana, células que poseen receptores para una molécula transmisora de información, esta unión desencadena una respuesta. Además de las hormona, existen otra serie de moléculas que actúan como transmisores:  Los reguladores locales, ejercen su acción a escasa distancia del lugar de síntesis, se mueven por difusión.  Los neurotransmisores, actúan en la transmisión de impulsos nerviosos en las sinapsis, conexión funcional entre hormonas.  Las neurohormonas, son moléculas segregadas por las neuronas especializadas del cerebro, como por ejemplo la vasopresina.  Las feromonas, sustancias químicas que se liberan en el ambiente y sirven para la comunicación entre individuos de la misma especie. Tienen importancia en los procesos de definición de territorios, apareamiento, defensa de predadores. En este último caso, en el de defensa de predadores, las feromonas de una especie también interfieren y realizan una comunicación con otras especies. 192 1.1.-Clasificación de las hormonas Las hormonas se pueden clasificar en tres grupos en función de su composición: , Las hormonas del grupo polipéptidos se forman normalmente por la rotura de una proteína larga. Suelen ser solubles en agua y poco solubles en lípidos. Por ejemplo: la insulina. , Las hormonas del grupo aminas se sintetizan a partir de un aminoácido. Algunas son solubles en agua, otras en lípidos. Por ejemplo la adrenalina, segregada por las glándulas suprarrenales. , Las hormonas del grupo esteroides son lípidos, todas ellas derivan del colesterol. Por ejemplo: el cortisol, también segregada por las glándulas suprarrenales. La solubilidad de una hormona en lípidos determina su capacidad para atravesar membranas celulares y la localización de los receptores específicos en las células diana. También podemos clasificar las hormonas según su solubilidad:  Las hormonas hidrosolubles, se unen a un receptor de membrana, desencadenando una serie de cambios en el interior de la célula, en un proceso denominado transducción, que normalmente consta de múltiples pasos.  Las hormonas liposolubles, se unen a receptores intracelulares donde se suele llevar a cabo el proceso complejo de transducción. Una misma hormona puede desencadenar distintas respuestas en distintas células diana, por diferencias en el receptor o por diferencia en el proceso de transducción. 193 2.-Integracion de los sistemas nervioso y endocrino En vertebrados, el hipotálamo juega un papel fundamental para la integración de señales químicas (hormonas) y nerviosas. El hipotálamo es una glándula del sistema endocrino que se sitúa en el cerebro y se encarga de generar determinados impulsos nerviosos ante determinadas situaciones. La transmisión de los impulsos nerviosos viajan hasta las glándulas renales por la medula espinal, allí estos impulsos estimulan la secreción de sustancias. También se puede realizar secreción inducida por impulsos nerviosos en otras glándulas. 2.1.-El sistema nervioso Las neuronas transmiten señales de tipo eléctrico (comunicación a larga distancia) y señales de tipo químico (comunicación a corta distancia). Las neuronas son capaces de transmitir información de distintos tipos: sensorial, control de movimientos, almacenamiento de información (recuerdos),... La capacidad de las neuronas para recibir y transmitir información se basa en una estructura celular altamente especializada, consta de las siguientes partes:  En el cuerpo se encuentra el núcleo y la mayoría de orgánulos.  El axón transmite señales de una neurona a otra. En algunas especies puede superar el metro de longitud.  Las dendritas reciben señales de otras neuronas.  El terminal sináptico o botones sináptico es el punto donde se establece la conexión con otra neurona que recibe la señal. 194 Comunicación a larga distancia. Señales de tipo eléctrico Las señales de tipo electrico se generan por cambios en el potencial de membrana. El potencial de membrana de una neurona en reposo es del orden de -60mV a -80mV. Los iones Na+ y K+ juegan un papel fundamental en la generación de este potencial de membrana, estos cationes tambien participan en la generación de un potencial de acción mediante el paso por los canales sodios y potasio. La bomba sodio-portasio realiza el transporte de cationes contragradiente con un gasto de energia, a diferencia de los canales que unicamente mueve solutos a favor del gradiente de potencial químico. El transporte activo de la bomba sodio- potasio permite a la célula mantener concentraciones determinadas de soluto diferentes al entorno. En neutonas en reposo, hay mayor cantidad de canales potasio abierto que de canales sodio. Esto facilita el flujo de K+ a favor de gradiente de concentración. El movimiento neto de cargas genera potencial de membrana, se forma un gradiente de potencial eléctrico entre ambos lados de la membrana. La apertura/cierre de canales en la membrana de la neurona provoca cambios en el potencial de membrana:  Se produce hiperpolarización cuando aumenta el flujo de cargas positivas hacia el exterior.  Se produce despolarización cuando disminuye el flujo de cargas positivas hacia el exterior. La apertura/cierre de los canales se produce como respuesta en el potencial de membrana. El potencial de acción solo dura entre 1 y 2ms. Por lo que una neurona puede generar cientos de potenciales de acción por segundo. 195 El potencial de acción se inicia normalmente en el arranque del axón, donde se produce la despolarización de la membrana. Los canales sodio permanecen inactivos durante la fase de recuperación del potencial de reposo. Esto obliga a la señal eléctrica a transmitirse en una única dirección. El flujo de iones necesario para alterar el potencial de membrana no produce cambios significativos en el potencial químico. La velocidad de reacción de la señal eléctrica en neuronas depende del diámetro del axón. En vertebrados, la existencia de la vaina de mielina, formada esencialmente por lípidos que actúa como aislante, favorece la conducción con una eficacia mayor al incremento del diámetro. Debido a la vaina de mielina, solo se genera potenciales de acción en los puntos de contacto del axón con el fluido extracelular, estos puntos se denominan nódulos de Ranvier. Comunicación a corta distancia. Señales de tipo químico La sinapsis de tipo químico permite una mejor modulacion de la transferencia de información que la de tipo electrico. Modificanco la cantidad de neurotransmisores y/o la receptividad de la célula receptora se puede alterar el comportamiento en respuesta a un estimulo y es la base del aprendizaje y la memoria. En la mayoría de los casos, las señales eléctricas no se transmiten de una neurona a otra célula, aunque existen algunas, pero la mayoría de sinapsis son de tipo químico en las que los terminales sinápticos sintetizan y liberan neurotransmisores. 196 197 BLOQUE VI: FUNDÁMENTOS DE BIOMECÁNICÁ 198 199 Leccion 23: Fundamentos de biomecanica La biomecánica es el estudio de la estructura y función de los sistemas biológicos con los métodos de la mecánica. El objetivo de la biomecánica es:  Comprender el funcionamiento fisiológico.  Predecir cambios.  Proponer métodos de intervención. 1.-Sistema musculo-esqueletico 1.1.-Caracterización mecánica: ensayo de tracción 1.2.-Caracterización mecánica: escalado volumen óseo 200 201 2.-Sistema circulatorio Se compone de: 2.1.-El corazón Funcionamiento: 202 Ventrículo izquierdo: 203 2.2.-Arterias y venas Composición:  Elastina: proteína fibrosa del tejido conjuntivo, extremadamente flexible (más del 50% deformación). Histéresis muy pequeña, menos del 10%. Está presente en arterias, pulmones, piel, vejiga…  Colágeno: gras rigidez y resistencia. Histéresis muy pequeña (menos de un 10%).  Músculo liso: contracción lenta y sostenida. Estructura:  Íntima  Media  Adventicia 204 Funciones:  Solicitaciones: presión y rozamiento.  Respuesta mecánica  Patologías 205 206 207