AUTOEVALUACIÓN - Capítulo 48. Integración y control III: Percepción sensorial y respuesta motora

Cuestionario:

Distinga entre los siguientes términos: interorreceptor/propriorreceptor/exterorreceptor; cóclea/ órgano de Corti; bastones/conos; célula bipolar/célula ganglionar; fibra muscular/célula muscular/miofibrilla; filamento grueso/filamento delgado; troponina/tropomiosina, sarcómero/sarcolema/retículo sarcoplásmico; sinapsis neuronal/placa neuromuscular.
¿Cuáles son las cinco clases de estímulos a los cuales responden nuestros órganos sensoriales?
Cuando usted se frota el ojo con los dedos, puede aparecer una mancha visible con los ojos cerrados. Ahora bien, si en lugar de frotarse se rozan los párpados, la mancha no aparece. ¿Qué quiere decir esto? ¿Se está "viendo" un estímulo mecánico? ¿Cuál sería la respuesta a la estimulación con luz de mucha (equivalente a frotarse) o muy baja (equivalente a rozarse) intensidad?
¿Por qué la comida parece sosa cuando usted está resfriado?
Considere el proceso que ocurre cuando otra persona dice una palabra y usted la escucha. Describa los pasos que intervienen, desde el momento en que el aire deja los pulmones del que habla hasta que usted tiene conciencia de la palabra pronunciada.
¿Por qué se considera a la audición una forma de mecanorrecepción?
¿Qué ventaja tienen los mamíferos al poseer una membrana basilar larga en el órgano de Corti?
Cuando usted está sumergido en la bañera, escucha mucho mejor con la cabeza fuera que dentro del agua. ¿Cuál es la analogía de este fenómeno con la acción de los huesecillos del oído?
¿Por qué no vemos invertidos a los objetos?
Dibuje un diagrama del sarcómero relajado y contraído. ¿Qué pasa con el tamaño de las bandas I y A y de la zona H cuando el sarcómero se contrae? Explique cómo esto proporciona la clave esencial del mecanismo contráctil.
¿Cuál es el papel del sistema T en la contracción muscular? ¿Cuál es el significado del hecho que la solución de iones y moléculas en el ambiente extracelular fluye a través de sus túbulos?
Explique los hechos por los cuales un potencial de acción en una neurona motora causa una contracción muscular.
¿Cuál es la base sináptica de la placa neuromuscular? ¿Qué sucede cuando se afectan los receptores para la acetilcolina?

Respuestas:

1.Distinga entre los siguientes términos: interorreceptor/propriorreceptor/exterorreceptor; cóclea/ órgano de Corti; bastones/conos; célula bipolar/célula ganglionar; fibra muscular/célula muscular/miofibrilla; filamento grueso/filamento delgado; troponina/tropomiosina, sarcómero/sarcolema/retículo sarcoplásmico; sinapsis neuronal/placa neuromuscular.

Un interorreceptor es un receptor sensorial que detecta estímulos dentro del organismo. Los interceptores miden factores tales como la presión sanguínea, la concentración de dióxido de carbono y la temperatura interna. Un propiorreceptor es un receptor sensorial, a veces considerado un tipo de interorreceptor, que provee información acerca de la orientación del cuerpo en el espacio y la posición de los brazos, piernas y otras partes del cuerpo. Los mayores órganos propiorreceptores en muchos animales son canales semicirculares en los oídos. Un exterorreceptor es un receptor sensorial que detecta estímulos del ambiente externo. Por ejemplo, se puede mencionar a aquellos en los oídos, en los ojos, en el epitelio olfativo, y también los receptores táctiles y de temperatura en la piel.

La cóclea, u oído interno, es un pasaje largo que da 2,75 vueltas. Consiste en tres canales llenos de fluido, separados por membranas. Las vibraciones del estribo contra la ventana oval de la membrana en la base del canal superior envían ondas de presión a través de la cóclea. El órgano de Corti, que descansa en la membrana basilar en el canal central de la cóclea, contiene los pelos celulares que son las reales células sensitivas del oído. Las vibraciones de la membrana basilar estimulan estas células, las cuales, a su vez, estimulan las neuronas sensoriales que transmiten impulsos nerviosos al cerebro.

Los bastones son los fotorreceptores de la retina. Son altamente sensibles a la luz, y son responsables de la visión nocturna. Los conos son los fotorreceptores que proveen la mayor resolución y son también responsables de la visión en colores.

Una célula bipolar es una célula de la retina que recibe señales de las células fotorreceptoras (bastones y conos). Estas señales causan cambios en la polaridad de la membrana de la célula bipolar, los cuales, a su vez, influencian la descarga de los potenciales de acción en una célula ganglionar. Los axones de las células ganglionares forman el nervio óptico, que lleva las señales al cerebro.

Un músculo esquelético consiste en haces de células o fibras musculares -frecuentemente centenares de miles de fibras- unidas por tejido conectivo. Cada fibra es una sola célula multinucleada que tiene entre 10 y 100 micrómetros de diámetro y, a menudo, varios centímetros de largo. Una fibra muscular es una célula larga, cilíndrica y multinucleada, que contiene entre 1.000 y 2.000 miofibrillas. Las miofibrillas son como cuerdas que corren paralelamente a lo largo de cada fibra muscular. Éstas, a su vez, están compuestas por unidades contráctiles llamadas sarcómeros.

Un filamento grueso es un sarcómero formado por miosina, una molécula compuesta por 2 cadenas de proteína envueltas la una con la otra en una hélice con una “cabeza” de estructura globular. Los filamentos gruesos comprenden las bandas A del sarcómero. Un filamento delgado está compuesto de dos cuerdas de la proteína globular actina, enroscadas la una contra la otra. Los filamentos delgados comprenden las bandas I de los sarcómeros y están ancladas en la línea Z.

La troponina y la tropomiosina son dos proteínas que actúan de tal manera de regular la contracción muscular. Están asociadas con las moléculas de actina de los filamentosdelgados. Las moléculas de tropomiosina son como cables dobles, finos y largos, que se encuentran a lo largo de la molécula de actina, y se encargan de bloquear los sitios en los cuales las moléculas de actina forman puentes cruzados con las moléculas de miosina. Esto impide la contracción del músculo. La troponina es una proteína globular que aparece a intervalos regulares en la cadena de tropomiosina. La troponina se combina con los iones Ca²⁺ del retículo sarcoplasmático, causando un retiro de la molécula de tropomiosina, tal que los sitios en los que tienen lugar los puentes cruzados quedan expuestos, y de esta manera la contracción muscular puede ocurrir.

Un sarcómero es la unidad básica contráctil de la miofibrilla. Tiene una estructura muy precisa que resulta del arreglo de las moléculas de actina y miosina de las cuales está compuesto. El sarcolema es la membrana celular externa de las células o fibras musculares del esqueleto. El retículo sarcoplasmático es el retículo endoplasmático especializado que rodea a cada miofibrilla de una fibra muscular. Cuando la fibra es estimulada, el retículo sarcoplasmático dispara la contracción del músculo por medio de la liberación de iones calcio.

Una sinapsis neuronal es una unión especial a través de la cual una señal es transmitida de una neurona a otra. Las señales son llevadas a través de sinapsis, en la mayoría de los mamíferos, por medio de neurotransmisores químicos. Una placa neuromuscular es una unión especializada a través de la cual las señales son transmitidas desde un axón de una neurona motora a una fibra muscular, iniciando la contracción. Las señales son llevadas a través de uniones neuromusculares por una sustancia química, la acetilcolina. Esta sustancia es uno de los principales neurotransmisores del sistema nervioso periférico.

2.¿Cuáles son las cinco clases de estímulos a los cuales responden nuestros órganos sensoriales?

Los estímulos mecánicos (tacto, oído, posición), los estímulos químicos (gusto, olfato), los estímulos electromagnéticos entre 380 y 750 nanometros (visión), los estímulos calientes o fríos (temperatura), y los estímulos dolorosos.

3. Cuando usted se frota el ojo con los dedos, puede aparecer una mancha visible con los ojos cerrados. Ahora bien, si en lugar de frotarse se rozan los párpados, la mancha no aparece. ¿Qué quiere decir esto? ¿Se está "viendo" un estímulo mecánico? ¿Cuál sería la respuesta a la estimulación con luz de mucha (equivalente a frotarse) o muy baja (equivalente a rozarse) intensidad?

Los órganos y receptores sensoriales responden a “estímulos adecuados” con un mínimo umbral. De esta manera, el umbral de respuesta de los fotorreceptores a la luz es mínimo (un solo fotón es capaz de estimularlos), mientras que para un estímulo mecánico (deformación física del receptor) el umbral es mucho más alto (frotar y no solamente rozar). De cualquier manera, dado que es una vía sensorial específica, la única respuesta posible es la visual.

4.¿Por qué la comida parece sosa cuando usted está resfriado?

Un resfrío a menudo causa el aumento de secreción por las membranas de la mucosa de las fosas nasales, y estas secreciones bloquean la recepción de estímulos olfativos por el epitelio olfativo. Una gran parte de lo que identificamos como sabor en las comidas es, en realidad, una estimulación del epitelio olfativo por sustancias llevadas por el aire.

5.Considere el proceso que ocurre cuando otra persona dice una palabra y usted la escucha. Describa los pasos que intervienen, desde el momento en que el aire deja los pulmones del que habla hasta que usted tiene conciencia de la palabra pronunciada.

Cuando una persona habla, el aire de los pulmones es forzado hacia arriba por la tráquea a través de las cuerdas vocales. Las vibraciones de las cuerdas vocales imparten, a su vez, vibraciones (ondas sonoras) al aire. Las ondas sonoras son alteradas por los movimientos de los labios, los dientes y la lengua, y por resonancia dentro de la faringe y de las cavidades nasales. Luego abandonan la boca y viajan por el aire. Cuando las ondas sonoras entran al oído externo, sus vibraciones determinan la vibración en la membrana timpánica. Estas vibraciones son transmitidas por el martillo y el yunque hasta el estribo. Las vibraciones del estribo son transmitidas a la membrana de la ventana oval, creando ondas de presión en el fluido de los canales cocleares. Estas ondas de presión, a su vez, generan vibraciones en la membrana basilar, estimulando a las células sensoriales del órgano de Corti. Las diferentes frecuencias de vibración estimulan diferentes áreas de la membrana basilar, y por lo tanto, distintas células sensoriales. La estimulación de estas células altera su liberación de neurotransmisores en las sinapsis que hacen con otras neuronas. Cuando están adecuadamente estimuladas, las neuronas sensoriales inician impulsos nerviosos que son transmitidos al cerebro, en donde “escuchamos” la palabra pronunciada.

6.¿Por qué se considera a la audición una forma de mecanorrecepción?

El escuchar es considerado una forma de mecanorrecepción porque las células sensoriales del órgano de Corti son estimuladas por movimientos de la membrana basilar.

7.¿Qué ventaja tienen los mamíferos al poseer una membrana basilar larga en el órgano de Corti?

La ventaja que brinda una membrana basilar larga consiste en que incrementa el rango de frecuencias que puede escuchar, y hace posible una discriminación entre frecuencias. Con una membrana más larga, un animal puede discriminar más claramente los diferentes sonidos que escucha y, en consecuencia, puede obtener más información acerca de su ambiente.

8.Cuando usted está sumergido en la bañera, escucha mucho mejor con la cabeza fuera que dentro del agua. ¿Cuál es la analogía de este fenómeno con la acción de los huesecillos del oído?

El sonido atraviesa más fácilmente un medio aéreo que uno acuoso. El sonido pasa de un medio aéreo (el oído externo) a uno acuoso (el oído interno), con la consiguiente caída de energía. Los huesecillos que percuten sobre la membrana timpánica aumentan unas 20 veces el nivel del sonido. De esta forma, el estímulo supera el umbral de transducción en el oído interno.

9.¿Por qué no vemos invertidos a los objetos?

A pesar de que la imagen proyectada en las células fotorreceptoras de la retina por la lente está invertida, la retina del ojo no es como una película fotográfica. El procesado de los estímulos visuales por la retina y el cerebro determina que la imagen sea interpretada con la orientación correcta.

10.Dibuje un diagrama del sarcómero relajado y contraído. ¿Qué pasa con el tamaño de las bandas I y A y de la zona H cuando el sarcómero se contrae? Explique cómo esto proporciona la clave esencial del mecanismo contráctil.

Véase la Fig. 48-17 del libro. Cuando el sarcómero se contrae, la banda I se acorta de tal manera que casi desaparece, la banda A permanece de la misma medida, y la zona H desaparece. Estos cambios, más el hecho de que el área de superposición entre las bandas A e I se incrementa durante la contracción, indican que los filamentos de la banda I (los filamentos delgados - actina) se están moviendo hasta los filamentos de la banda A (los filamentos gruesos - miosina). Este movimiento de las bandas a medida que el sarcómero se acorta provee la pista esencial para el mecanismo contráctil.

11.¿Cuál es el papel del sistema T en la contracción muscular? ¿Cuál es el significado del hecho que la solución de iones y moléculas en el ambiente extracelular fluye a través de sus túbulos?

El sistema T, formado por la invaginación del sarcolema (la membrana celular) es una continuación del sarcolema. Su función es la de conducir los potenciales de acción a todas las miofibrillas dentro de las fibras del músculo (célula). Para que el sistema T (o cualquier membrana) pueda propagar un potencial de acción, las concentraciones iónicas (y, por lo tanto, el potencial eléctrico) a ambos lados de la membrana deben ser diferentes. En un lado de la membrana del sistema T está el citoplasma de la célula del músculo (con concentraciones iónicas determinadas). En el otro lado de la membrana del sistema T, adentro de sus túbulos, está el fluido extracelular (con concentraciones iónicas diferentes).

12.Explique los hechos por los cuales un potencial de acción en una neurona motora causa una contracción muscular.

Un potencial de acción, al alcanzar el extremo del axón de una neurona motora, dispara la liberación de acetilcolina desde las vesículas sinápticas del axón dentro de la unión neuromuscular. La acetilcolina se combina con los receptores del sarcolema (la membrana de la célula muscular), y desata un potencial de acción que se mueve a lo largo del sarcolema, incluyendo las porciones invaginadas que formal el sistema T. A media que el potencial de acción se mueve a través del sistema T, altera el retículo sarcoplasmático, que libera iones calcio. Los iones Ca²⁺, a su vez, se unen con las moléculas de troponina, causando un cambio en su conformación de tal manera que provoca el movimiento de las moléculas de tropomiosina a las cuales los iones están vinculados. De esta manera, los sitios de unión en las moléculas de actina (filamentos delgados) quedan expuestos. Esto permite que las cabezas globulares de las moléculas de miosina se adosen a la molécula de actina, se liberen y se adosen nuevamente, y también permite que el sarcómero se contraiga. Si se estimula un número suficiente de unidades motoras, involucrando muchas fibras musculares diferentes, el músculo entero se contraerá.

13.¿Cuál es la base sináptica de la placa neuromuscular? ¿Qué sucede cuando se afectan los receptores para la acetilcolina?

La placa neuromuscular se basa en una sinapsis nervio-músculo que utiliza acetilcolina como neurotransmisor. La acetilcolina se sintetiza en el terminal presinático y se libera en respuesta a la entrada de calcio inducida por despolarización. El neurotransmisor interactúa con receptores colinérgicos en la membrana postsináptica muscular. Al afectar estos receptores postsinápticos se modifica la transmisión neuromuscular. Por ejemplo, en la enfermedad llamada miastenia gravis ocurre una marcada disminución en el número de receptores colinérgicos, produciendo debilidad muscular y fatiga.

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