integración y control: sistema nervioso capítulo 34
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Integración y Control: Sistema Nervioso
Capítulo 34
Líneas de ComunicaciónStimulus(input)
Receptors(sensory neurons)
Integrators(interneurons)
motor neurons
Effectors(muscles, glands)
Response(output)
Figure 34.1Page 579
Neuronas
• Unidades básicas de comunicación en
todos los sistemas nerviosos
• Monitorean información dentro y
alrededor del cuerpo y dan órdenes de
respuesta
Clases de Neuronas
1. Sensoriales- responden a estímulos y los transmiten a
médula espinal y cerebro
2. Interneuronas- reciben y procesan estímulos para
luego influir en la actividad de otras neuronas
3. Motoras- transmiten información de médula espinal y
cerebro hacia músculos y glándulas
Neuroglia
• Células que ayudan metabólicamente,
apoyan estructuralmente, y protegen las
neuronas
• Constituyen más de la mitad del volumen del
sistema nervioso de vertebrados
Estructura de una Neurona
dendrites
cell body
TRIGGER ZONE
INPUT ZONE
CONDUCTING ZONE
OUPUT ZONEaxon
axon endings
Figure 34.2 Page 580
Potencial de Membrana en Reposo
• Diferencia en carga a través de la membrana
plasmática de una neurona
• Fluido afuera de la célula tiene más carga
negativa que el fluido en el interior
• Potencial se mide en milivoltios
• Potencial en reposo es usualmente -70mv
Como los Iones se Mueven a Través de la Membrana
Passive transporters with open channels
Passive transporters with voltage-sensitive gated channels
Active transporters
Lipid bilayer of neuron membrane
Interstitial fluid
Cytoplasm Na+/K+ pump
Figure 34.3Page 581
Bombeo y Difusión
Interstitial fluidNa+
Plasma membrane
CytoplasmK+
Na+
leaks inNa+
pumped in
Na+ pumped out
K+ leaks out
K+
leaks in Figure 34.4Page 581
Concentración de Iones en Potencial de Reposo
• Potasio (K+)
– Más alto adentro que
afuera
• Sodio (Na+)
– Más alto afuera que
adentro
Potencial de Acción
• Inversión breve en la diferencia de voltaje a través de la membrana plasmática
• Interior de neurona brevemente se vuelve más positivo que exterior
• Cambios en voltaje causan que se abran las compuertas en los canales de la membrana
Potencial de Acción
Na+
Na+Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+Na+
K+ K+K+
K+
Na+
1 2
3 4Figure 34.5dPage 583
Click to view animation.
Action potential step-by-step interaction.
Animation
Retroalimentación Positiva
La neurona se vuelve más positiva en el interior
Más canales de compuerta para Na+ se abren
Más iones Na+
entran a la neurona
Todo o Nada
• Todos los potenciales de acción tienen el
mismo tamaño
• Si el estímulo está más bajo que el nivel del
umbral, no ocurre potencial de acción
• Si está sobre el nivel del umbral, la célula se
depolariza al mismo nivel
Repolarización
• Una vez se alcanza el pico de depolarización, se cierran las compuertas de Na+ y las compuertas de K+ se abren
• Movimiento de K+ hacia afuera de la célula repolariza la célula
• El interior de la célula vuelve a ser más negativo que el exterior
In-text figurePage 582
Recording of Action Potentialaction potential
threshold
resting membrane potential
Time (milliseconds)
Mem
bra
ne
po
ten
tial
(m
illi
volt
s)
-40
-70
-20
0
+20
0 1 2 3 4 5Figure 34.6b
Page 583
Propagación de Potenciales de Acción
• Un potencial de acción en una parte del axón trae una región vecina al umbral
• Potencial de acción se propaga a otras zonas de la membrana
Sinapsis Químicas
• Hendidura entre
zona de salida de
un axón y zona de
entrada de otra
célula
synaptic vesicle
plasma membrane of axon ending of presynapic cell
plasma membrane of postsynapic cell
synaptic cleft
membrane receptor
Figure 34.7aPage 584
Transmisión Sináptica
• Potencial de acción en extremo del axón de
célula presináptica causa que abran las
compuertas de canales de calcio
• Flujo de calcio hacia célula presináptica
causa liberación de neurotransmisor a
hendidura sináptica
Transmisión Sináptica
• Neurotransmisor se difunde a través de
hendidura y se une a receptores en
membrana de célula postsináptica
• Unión de neurotransmisor a receptores
abre los canales de iones en la
membrana de la célula postsináptica
Abren Compuertas de Iones
ions
neurotransmitter
receptor for neurotransmitter
gated channel protein Figure 34.7c
Page 584
Neurotransmisores
• Acetilcolina- efectos excitatorios e inhibitorios en cerebro, médula espinal,
músculos y gládulas
• Serotonina- controla percepción sensorial, sueño, temp. corporal, emociones
Neurotransmisores
• Norepinefrina- emociones, sueño, despertar
• Dopamina- emociones
• GABA- señal inhibitoria más común– Ej. Medicinas contra ansiedad (valium)
intensifican efectos de GABA
Animation
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Neuromuscular junction animation.
Integración SinápticaM
emb
rane
pot
entia
l (m
illis
econ
ds)
-65
-70
-75
EPSP
IPSP
what action potential spiking would look like
threshold
resting membrane potential
integrated potential
Figure 34.9Page 585
Nervios
• Conjunto de axones
cubiertos por una
envoltura de tejido
conectivo
• Líneas de comunicación
entre el cerebro y la
médula espinal y resto
del cuerpoFigure 34.10
Page 586
axon
myelin sheath
nerve fascicle
Vaina de Mielina
• Serie de células de neuroglia (Schwann)
• Vaina bloquea paso de iones
• Potencial de acción debe “brincar” de
entre nodos sin vaina Figure 34.11aPage 586
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Saltatory conduction animation.
Animation
Esclerosis Múltiple
• Condición en la que las fibras nerviosas
pierden la mielina
• Pobre conducción
• Síntomas incluyen problemas visuales,
debilidad muscular, fatiga, dolor,
movimientos incontrolados
Reflejos
• Movimientos automáticos hechos en
respuesta a estímulos
• En los arcos reflejos más simples, neuronas
sensoriales hacen sinapsis directamente con
neuronas motoras
• Mayoría de reflejos envuelven interneuronas
Reflejo de Estiramiento
STIMULUSBiceps
stretches.
ResponseBiceps
contracts.
Figure 34.12bPage 587
motor neuron
sensory neuron
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Stretch reflex animation.
Animation
Sistema Nervioso de Vertebrados
• Primeros vertebrados (con forma como de
pez) tenían un cordón nervioso tubular hueco
• Modificación y expansión del cordón nervioso
produjo la médula espinal y cerebro
• Cordón nervioso persiste en embriones de
vertebrados como un tubo neural
Regiones Funcionales
• Expansión y modificación del cordón nervioso dorsal produjo regiones con funciones distintas
FOREBRAIN
MIDBRAIN
HINDBRAIN
(start of spinal cord)Figure 34.15aPage 590
Cerebros de Vertebrados
olfactory lobe(part of forebrain)
forebrainmidbrainhindbrain
fish(shark)
reptile(alligator) mammal
(horse)
forebrain
midbrain
hindbrain
olfactory lobe
Figure 34.15bPage 590
Sistema Nervioso Central y Periferal
• Sistema Nervioso Central
– Cerebro
– Cordón espinal
• Sistema Nervioso Periferal
– Nervios que se extienden por el
cuerpo
Sistema Nervioso Central
• Materia blanca- axones con vainas de mielina color blanco– tractos- líneas de comunicación en
cerebro (no nervios)– Transmisión rápida de señales
• Materia gris- axones sin mielina, dendritas, cuerpos celulares, células de neuroglia– Control de los reflejos para mover
extremidades y actividades de órganos
Sistema Nervioso Periferal
• Nervios somáticos– Funciones
motoras (verde)
• Nervios autónomos– Funciones
viscerales (rojo)Figure 34.17
Page 591
brain
cranial nerves
spinal cord
ulnar nerve
lumbar nerves sacral nerves
coccygeal nerves
cervical nerves
thoracic nerves
sciatic nerve
Figure 34.16Page 591
31 pares nervios espinales
12 pares nervios craneales
Dos Tipos de Nervios Autónomos
• Simpáticos
• Parasimpáticos
• Mayoría de órganos reciben señales de ambos
• Usualmente tienen efectos opuestos en un
órgano
Nervios Autónomos Simpáticos
• Se originan en las regiones torácicas y
lumbares de la médula espinal
• Hay ganglios cerca de médula espinal
• Promueven respuestas que preparan el
cuerpo para estrés o actividad física
(respuesta lucha o huida)
– Se dispara secreción de epinefrina
Nervios Autónomos Parasimpáticos
• Se originan en el cerebro y región sacral de la
médula espinal
• Los ganglios están en paredes de los órganos
• Disminuyen actividad del cuerpo cuando no
hay estrés
• Promueven respuestas de mantenimiento
como digestión
Ambos Sistemas Están Activos
• Mayoría de órganos están recibiendo continuamente estímulos simpáticos y parasimpáticos
• Por ejemplo, nervios simpáticos le indican al corazón que se acelere; parasimpáticos indican que se desacelere
• Cual domina depende de la situación
Central NervousSystem
brain
spinal cord
sensory nerves axons of motor nerves
somaticsubdivision
(motor functions)
autonomicsubdivision
(visceral functions)
sympathetic
Peripheral Nervous System
parasympathetic Figure 34.17
Page 591
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Nervous systems divisions animation.
Animation
eyes
salivary glands
heart
larynxbronchilungs
stomach
liverspleen
pancreas
kidneysadrenal glands
small intestineupper colonlower colon
rectum
bladder
uterus
genitals
most ganglia
near spinalcord
gangliain
organs
midbrainmedulla oblongata
cervicalnerves
thoracicnerves
lumbarnerves
sacralnerves
sympathetic parasympathetic
Figure 34.18
Page 592
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Autonomic nerves animation.
Animation
Función de la Médula Espinal
• Vía de comunicación para señales entre el
cerebro y nervios periferales
• Neuronas sensoriales y motoras hacen
conexiones reflejas directas en la médula
espinal
• Reflejos espinales no llegan al cerebro
Estructura de la Médula Espinal
spinal cord
ganglion
nerve
vertebra
meninges(protectivecoverings)
Figure 34.19aPage 593
Desarrollo del Cerebro
• El cerebro se desarrolla de un tubo neural
hueco
• Cerebro anterior, medio y posterior se forman
de tres regiones sucesivas del tubo
• Tallo cerebral es tejido más primitivo,
contiene centros de reflejos básicos
7 weeks
9 weeks
at birth
Division Main Parts
Forebrain
Midbrain
Hindbrain
CerebrumOlfactory lobesThalamusHypothalamusLimbic systemPituitary glandPineal gland
Tectum
PonsCerebellumMedulla oblongata
anterior end of thespinal cord Figure
34.20Page 594
Cerebro Posterior
• Médula oblongada- respiración, circulación de sangre, coordinación de respuestas motoras, respuesta dormir/despertar
• Cerebelo- centro de reflejos para mantener postura y coordinar extremidades
• Puente- une información del cerebelo a cerebro anterior
Cerebro Medio
• Coordina respuestas reflejas a imágenes y sonidos
• Tectum- (techo de cerebro medio), retransmite señales a centros de integración superior
Cerebro Anterior
• Cerebro- integra señales sensoriales con respuestas motoras
• Tálamo- centro de coordinación de estímulos sensoriales, estación retransmisora de estímulos al cerebro
• Hipotálamo- control homeostático del ambiente interno– Monitorea órganos, respuestas a sed, hambre,
comportamiento sexual– Expresión de emociones, sudor, temor
Fluido Cerebroespinal
• Rodea la médula espinal
• Protege contra movimientos bruscos
• Llena ventrículos dentro del cerebro
• Barrera hematoencefálica controla cuales solutos entran al fluido cerebroespinal
Figure 34.22Page 595
Formación Reticular
• Red de interneuronas se extiende de médula espinal a través del tallo cerebral, hacia centros de integración en corteza cerebral
• Influye sobre estados de sueño o vigilia
Anatomía del Cerebro
• Parte más grande y compleja
• Capa externa (corteza cerebral)
tiene muchos dobleces
• Fisura longitudinal divide cerebro
en hemisferios izquierdo y derecho
Funciones de Hemisferios
• Hemisferio izquierdo- habilidades analíticas, habla, matemáticas
• Hemisferio derecho- relaciones visuales y espaciales, música
• Cada hemisferio responde a estímulos del lado opuesto del cuerpo
• Cuerpo calloso- coordina actividades de ambos hemisferios
Lóbulos del Cerebro- en la corteza cerebral
Temporal
FrontalParietal
Occipital
Primary motor cortex Primary somatosensory cortex
Figure 34.25aPage 597
Lóbulos del Cerebro
• Frontal- controla actividad motora voluntaria
Lóbulos sensoriales:• Parietal- recibe señales de piel y
articulaciones• Occipital- centros de visión• Temporal- centros de audición y de influencia
de comportamiento
Slice through the primary motor cortex of the left cerebral hemisphere
Figure 34.24
Page 596
Sistema Límbico
• Controla emociones, rol en memoria, entender señales sociales
(olfactory tract) cingulate gyrus thalamus
amygdala
hippocampus
hypothalamusFigure 34.36
Page 597
Experimentos de Sperry sobre Cerebro Dividido
• Se seccionó cuerpo calloso
• Se detuvo la comunicación entre los hemisferios
cowboy cowboy
Memoria
• Capacidad del cerebro de almacenar y retirar
información sobre pasados estímulos
sensoriales
• Almacenados en etapas
– Almacenaje temporero en corteza cerebral
– Memoria a corto plazo
– Memoria a largo plazo
sensory stimuli
temporary storage inthe cerebral cortex
Short-term memory
Long-term memory
Emotional state, having timeto repeat (or rehearse) input,and associating the input with stored categories ofmemory influence transferto long-term storage
Recallof storedinput
Input irretrievable
Input forgotten
Figure 34.38
Page 599