Fundamentos de Anatomia y Fisiologia

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Traducción:

Carla Sofía Sandoval Ferrera Traductora profesional

Revisión Técnica:

Dr. Alberto Camas Reyes Investigador Lab. Epigenética y Cromatina Cinvestav-Irapuato (IPN)

Australia • Brasil • Corea • España • Estados Unidos • Japón • México • Reino Unido • Singapur

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Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición Donald C. Rizzo Director de producto y desarrollo Latinoamérica: Daniel Oti Yvonnet Director editorial y de producción Latinoamérica: Raúl D. Zendejas Espejel Coordinadora editorial: María Rosas López Editor: María Rosas López Coordinadora de producción editorial: Abril Vega Orozco Editor de producción: Timoteo Eliosa García Coordinador de manufactura: Rafael Pérez González Diseño de portada: Ediciones OVA Imagen de portada: Dreamstime Composición tipográfica: Ediciones OVA

© D.R. 2011 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V., una Compañía de Cengage Learning, Inc. Corporativo Santa Fe Av. Santa Fe núm. 505, piso 12 Col. Cruz Manca, Santa Fe C.P. 05349, México, D.F. Cengage Learning™ es una marca registrada usada bajo permiso. DERECHOS RESERVADOS. Ninguna parte de este trabajo amparado por la Ley Federal del Derecho de Autor, podrá ser reproducida, transmitida, almacenada o utilizada en cualquier forma o por cualquier medio, ya sea gráfico, electrónico o mecánico, incluyendo, pero sin limitarse a lo siguiente: fotocopiado, reproducción, escaneo, digitalización, grabación en audio, distribución en Internet, distribución en redes de información o almacenamiento y recopilación en sistemas de información a excepción de lo permitido en el Capítulo III, Artículo 27 de la Ley Federal del Derecho de Autor, sin el consentimiento por escrito de la Editorial. Traducido del libro: Fundamentals of Anatomy & Physiology, Third Edition Donald C. Rizzo Publicado en inglés por: Delmar Cengage Learning © 2010 ISBN-13: 978-1-435-43871-2 ISBN-10: 1-4354-3871-X Datos para catalogación bibliográfica: Rizzo Donald C. Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición ISBN-13: 978-607-481-751-5 ISBN-10: 607-481-751-0 Visite nuestro sitio en: http://latinoamerica.cengage.com

Impreso en México 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11

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Contenido Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv Para el Alumno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi Suplementos de Aprendizaje . . . . . . . . . . . . . . xxii Para el instructor o maestro

. . . . . . . . . . . . . . xxiii

Sobre el autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxv Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxvi Cómo usar este libro . . . . . . . . . . . . . . . . . xxviii Cómo usar el StudyWARE™ para complementar Fundamentos de Anatomía y Fisiología . . . . . . . xxxiii

CAPÍTULO

1

El cuerpo humano

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Términos de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Cavidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Unidades estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

CAPÍTULO

2

La química de la vida

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Estructura atómica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Elementos, isótopos, compuestos . . . . . . . . . . . . 20 Enlaces y energía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Sustancias comunes en los sistemas vivos . . . . . . . . 23 Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Dióxido de carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Oxígeno molecular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Amoniaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Sales minerales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Carbohidratos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Lípidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Ácidos nucleicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Trifosfato de adenosina . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Transporte de materiales dentro y fuera de la célula . . . 30 Difusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Ósmosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Ph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Ejercicio de laboratorio: La química de la vida . . . . . . 39

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CONTENIDO

Capítulo

3

Estructura de la célula

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Historia de la teoría celular . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Anatomía de una célula eucarionte típica . . . . . . . . 44 La membrana celular . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Citoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 El núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Membrana nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Nucleoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Cromatina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Nucleolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 La mitocondria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Lisosomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Retículo endoplásmico . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 El RE rugoso o granular . . . . . . . . . . . . . . 49 El RE liso o agranular . . . . . . . . . . . . . . . 49 El aparato de Golgi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Ribosomas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Síntesis de proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Centriolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Cilios y flagelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Plástidos en las células vegetales . . . . . . . . . . . . 52 La pared celular de las células vegetales . . . . . . . 53 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Ejercicio de laboratorio: Estructura celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Capítulo

4

Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Introducción al metabolismo celular . . . . . . . . . . . 64 Metabolismo celular o respiración bioquímica . . . . . . 64 Glucólisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 El ciclo de Krebs del ácido cítrico . . . . . . . . . . . . 66 El sistema de transporte (transferencia) de electrones . . 66 Resumen de la producción de ATP durante la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y el sistema de transporte de electrones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Respiración anaeróbica . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Fermentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Producción anaeróbica de ATP en los músculos. . . . . 69 Producción de ATP a partir de compuestos alimenticios generales . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Resumen de la producción de ATP a partir de una molécula de glucosa . . . . . . . . . . . . . . . 70 Introducción a la reproducción celular . . . . . . . . . . 70

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CONTENIDO

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La estructura de la molécula de ADN . . . . . . . . . . . 71 La historia del descubrimiento del ADN . . . . . . . . 71 La anatomía de la molécula de ADN . . . . . . . . . . 73 El ciclo celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Interfase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Mitosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Profase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Metafase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Anafase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Telofase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Citocinesis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Meiosis: una división reductiva . . . . . . . . . . . . . . 78 Las etapas de la meiosis . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Profase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Metafase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Anafase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Telofase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Profase II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Metafase II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Anafase II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Telofase II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Gametogénesis: la formación de las células del sexo . . . 82 Una comparación de la mitosis y meiosis . . . . . . . . . 82 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Ejercicio de laboratorio: Metabolismo celular . . . . . . 93 Ejercicio de laboratorio: Reproducción celular . . . . . . 93

Capítulo

5

Tejidos

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Tejido epitelial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Clasificación basándose en la forma . . . . . . . . . . 96 Clasificación basándose en el arreglo . . . . . . . . . . 96 Clasificación en base a la función . . . . . . . . . . . . 98 Tejido conectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Tejido conectivo laxo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Tejido conectivo denso. . . . . . . . . . . . . . . . 101 Tejido conectivo especializado . . . . . . . . . . . . 101 Funciones del tejido conectivo . . . . . . . . . . . . 104 Tejido muscular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Tejido nervioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Ejercicio de laboratorio: Tejidos . . . . . . . . . . . . 112

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CONTENIDO

Capítulo

6

El sistema tegumentario

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Las capas de la piel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 La epidermis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 El estrato córneo. . . . . . . . . . . . . . . . . .118 El estrato lúcido . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 El estrato granuloso . . . . . . . . . . . . . . . .119 El estrato espinoso

. . . . . . . . . . . . . . . .119

El estrato germinativo . . . . . . . . . . . . . . .119 La dermis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Las estructuras accesorias de la piel . . . . . . . . . . 120 Pelo (o cabello) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Crecimiento del pelo . . . . . . . . . . . . . . . .122 Textura del pelo . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 Color de pelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 Uñas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 Glándulas sebáceas . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Las glándulas sudoríparas . . . . . . . . . . . . . . 123 Funciones del sistema tegumentario . . . . . . . . . . 124 Sensación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Termorregulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Secreción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Ejercicio de laboratorio: El sistema tegumentario. . . . 135

Capítulo

7

El sistema esquelético

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Las funciones del sistema esquelético . . . . . . . . . 138 El crecimiento y la formación del hueso . . . . . . . . 138 Deposición del hueso . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Tipos de osificación . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Mantenimiento del hueso . . . . . . . . . . . . . . 142 La histología del hueso . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 El sistema haversiano de hueso compacto . . . . . . 142 Hueso esponjoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Médula ósea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Clasificación de los huesos en base a su forma . . . . . 144 Huesos largos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Huesos cortos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Huesos planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Huesos irregulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Huesos sesamoideos . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

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Marcas de los huesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Fosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Divisiones del esqueleto . . . . . . . . . . . . . . . . 146 El esqueleto axial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Los huesos craneales . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Los huesos faciales. . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Las órbitas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Las cavidades nasales . . . . . . . . . . . . . . . . 151 El foramen del cráneo . . . . . . . . . . . . . . . . 151 El hueso hioide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 ¿Cómo estudiar los huesos del cráneo? . . . . . . . . 152 El torso o tronco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 El tórax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 El esternón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Las costillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 El esqueleto apendicular . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Los huesos de las extremidades superiores . . . . . . 155 Los huesos de las extremidades inferiores. . . . . . . 158 El arco del pie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Ejercicio de laboratorio: El sistema esquelético . . . . . 173

Capítulo

8

El sistema articular

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 La clasificación de las articulaciones: estructura y función . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Sinartrosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Anfiartrosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Diartrosis o articulaciones sinoviales . . . . . . . . . 176 Movimientos en las articulaciones sinoviales . . . . . . 177 Los seis tipos de diartrosis o articulaciones sinoviales . 180 Bursas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Ejercicio de laboratorio: El sistema articular . . . . . . 189

Capítulo

9

El sistema muscular

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Los tipos de músculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 La anatomía del músculo esquelético o estriado . . . . 192 La fisiología de la contracción muscular . . . . . . . . 195 Factores neuroeléctricos . . . . . . . . . . . . . . . 195 Interacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Fuentes energéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

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La contracción muscular . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Tono muscular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 La anatomía del músculo liso. . . . . . . . . . . . . . 200 La anatomía del músculo cardiaco . . . . . . . . . . . 200 Nombres y funciones de los músculos esqueléticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Función y ubicación de algunos músculos esqueléticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Músculos de la expresión facial . . . . . . . . . . . . 202 Músculos de la masticación . . . . . . . . . . . . . 202 Músculos del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Músculos que mueven la cabeza . . . . . . . . . . . 202 Músculos que mueven la cintura escapular . . . . . . 202 Músculos que mueven el húmero. . . . . . . . . . . 205 Músculos que mueven el codo . . . . . . . . . . . . 205 Músculos que mueven la muñeca . . . . . . . . . . 208 Músculos que mueven la mano. . . . . . . . . . . . 210 Músculos que mueven el pulgar . . . . . . . . . . . 210 Músculos que mueven los dedos . . . . . . . . . . . 211 Músculos de la pared abdominal . . . . . . . . . . . 211 Músculos de la respiración . . . . . . . . . . . . . . 211 Músculos que mueven el fémur . . . . . . . . . . . 212 Músculos que mueven la articulación de la rodilla . . 212 Músculos que mueven el pie . . . . . . . . . . . . . 213 Músculos que mueven los dedos del pie . . . . . . . 213 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Ejercicio de laboratorio: El sistema muscular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Capítulo

10

Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Organización. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Clasificación de las células nerviosas . . . . . . . . . . 229 Células de la neuroglia . . . . . . . . . . . . . . . . 229 La estructura de una neurona . . . . . . . . . . . . 230 Clasificación estructural de las neuronas . . . . . .231 Clasificación funcional de las neuronas . . . . . . .232 La fisiología del impulso nervioso . . . . . . . . . . . 232 La transmisión sináptica . . . . . . . . . . . . . . . . 235 El arco reflejo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 El agrupamiento del tejido neuronal . . . . . . . . . . 236 La médula espinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Funciones de la médula espinal . . . . . . . . . . . 237

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Los nervios espinales. . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Ejercicio de laboratorio: El sistema nervioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

Capítulo

11

El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos especiales

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Componentes principales del encéfalo . . . . . . . . . 246 Anatomía y función del tronco encefálico . . . . . . . 248 Anatomía y función del diencéfalo . . . . . . . . . . . 250 Cerebro: estructura y funciones . . . . . . . . . . . . 251 Cerebelo: estructura y funciones . . . . . . . . . . . . 252 El sistema nervioso autónomo . . . . . . . . . . . . . 252 Los 12 nervios craneales y sus funciones . . . . . . . . 254 Los sentidos especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 El sentido del olfato . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 El sentido del gusto . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 El sentido de la vista . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Anatomía del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . .259 El sentido de la audición y el equilibrio . . . . . . . . 260 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Ejercicio de laboratorio: El sistema nervioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

Capítulo

12

El sistema endocrino

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Las funciones de las hormonas . . . . . . . . . . . . . 275 La clasificación de las hormonas . . . . . . . . . . . . 277 El hipotálamo del cerebro . . . . . . . . . . . . . . . 277 Las glándulas endocrinas principales y sus hormonas . 277 La glándula pituitaria anterior, sus hormonas y algunos trastornos . . . . . . . . . . . . . . . . 277 La glándula pituitaria posterior y sus hormonas . . . . 280 La tiroides, sus hormonas y algunos trastornos . . . . 281 Las glándulas paratiroideas, sus hormonas y algunos trastornos . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Las glándulas adrenales, sus hormonas y algunos trastornos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 El páncreas, sus hormonas y algunos trastornos . . . . 284 Los testículos y los ovarios . . . . . . . . . . . . . . 285 El timo y sus hormonas . . . . . . . . . . . . . . . 288 La glándula pineal y su hormona . . . . . . . . . . . 288 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

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CONTENIDO

Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Ejercicio de laboratorio: El sistema endocrino . . . . . 296

Capítulo

13

La sangre

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Funciones de la sangre . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 La clasificación de las células sanguíneas y la composiciónde plasma . . . . . . . . . . . . . . . 300 Formación de células sanguíneas: hematopoyesis . . . 302 Anatomía y funciones de las células sanguíneas . . . . 303 El mecanismo de coagulación . . . . . . . . . . . . . 305 Grupos sanguíenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 El grupo sanguíneo ABO . . . . . . . . . . . . . . . 308 El grupo sanguíneo rH . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Resumen esquemático . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Ejercicio de laboratorio: la sangre . . . . . . . . . . . 315

Capítulo

14

El sistema cardiovascular

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 La anatomía del corazón . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Las capas de la pared cardiaca . . . . . . . . . . . . 320 Las cámaras del corazón . . . . . . . . . . . . . . . 321 Los vasos cardiacos principales. . . . . . . . . . . . 322 Las válvulas del corazón . . . . . . . . . . . . . . . 323 El flujo sanguíneo a través del corazón . . . . . . . . . 323 El sistema de conducción cardiaco . . . . . . . . . . . 324 Un ciclo cardiaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Algunas rutas circulatorias importantes . . . . . . . . 325 Anatomía de los vasos sanguíneos . . . . . . . . . . . 326 Las arterias y venas más importantes del cuerpo . . . . 327 Ramificaciones de la aorta ascendente . . . . . . . . 329 Ramas del arco aórtico . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Ramificaciones de la aorta torácica . . . . . . . . . . 332 Ramificaciones de la aorta abdominal . . . . . . . . 332 Venas que se fusionan en la vena cava superior . . . . 334 Venas que se fusionan con la vena cava inferior . . . . 334 Resumen esquemático . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Ejercicio de laboratorio: el sistema cardiovascular . . . 340

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CONTENIDO

Capítulo

15

El sistema linfático

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Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 Las funciones del sistema: la estructura y función de los vasos linfáticos . . . . . . . . . . . . . . . . 344 Los vasos linfáticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Los nódulos linfáticos . . . . . . . . . . . . . . . . 347 Circulación de la linfa . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 Los órganos del sistema linfático . . . . . . . . . . . . 350 Inmunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Antígenos y anticuerpos . . . . . . . . . . . . . . . . 352 Células de la respuesta inmune y otras defensas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 Ejercicio de laboratorio: el sistema linfático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

Capítulo

16

Nutrición y sistema digestivo

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Organización general. . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Histología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 La cavidad bucal u oral . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Las glándulas salivales . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Dientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 La faringe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 El esófago . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 El estómago . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 El páncreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 El hígado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 La vesícula biliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 El intestino delgado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 El intestino grueso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 La formación de las heces . . . . . . . . . . . . . . . 392 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 Ejercicio de laboratorio: El sistema digestivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398

Capítulo

17

El sistema respiratorio

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Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 Anatomía y función de la nariz . . . . . . . . . . . . . 404 Estructura y función de la faringe. . . . . . . . . . . . 407 Laringe o caja de voz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407 Tráquea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Bronquios y árbol bronquial . . . . . . . . . . . . . . 410

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Anatomía y función de los pulmones . . . . . . . . . . 411 El proceso de respiración. . . . . . . . . . . . . . . . 413 Capacidad pulmonar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 Ejercicio de laboratorio: el sistema respiratorio . . . . 424

Capítulo

18

El sistema urinario

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 Funciones del sistema urinario . . . . . . . . . . . . . 430 La anatomía externa de los riñones . . . . . . . . . . . 431 La anatomía interna de los riñones . . . . . . . . . . . 431 La anatomía de la nefronas . . . . . . . . . . . . . . . 431 Suministro de sangre y de nervios a las nefronas . . . . 433 Fisiología de las nefronas. . . . . . . . . . . . . . . . 435 Los uréteres: anatomíay función . . . . . . . . . . . . 437 La vejiga urinaria y el reflejo de micción . . . . . . . . 438 La uretra: posiciones en hombres y en mujeres . . . . . 438 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 Ejercicio de laboratorio: El sistema urinario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447

Capítulo

19

El sistema reproductor

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 El sistema reprodcutor masculino . . . . . . . . . . . 450 Escroto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 Testículos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 Anatomía de los espermatozoides . . . . . . . . . . 453 Las funciones de la testosterona . . . . . . . . . . . 453 Los conductos del sistema . . . . . . . . . . . . . . 454 Glándulas accesorias . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 Semen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 Pene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 El sistema reproductor femenino . . . . . . . . . . . . 457 Ovarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Trompas uterinas o de Falopio . . . . . . . . . . . . 460 Útero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 Ciclo menstrual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 Funciones del estrógeno . . . . . . . . . . . . . . . 464 Vagina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 Genitales externos femeninos . . . . . . . . . . . . 464

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Perineo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466 Anatomía y función de las glándulas mamarias . . . . . 466 Embarazo y desarrollo embrionario . . . . . . . . . . 466 Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 Ejercicio de laboratorio: El sistema reproductor . . . . 483

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515

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Prólogo

PARA EL ALUMNO El libro Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición, fue escrito y diseñado para los estudiantes de licenciaturas en campos afines de la salud. Está escrito en lenguaje científico claro, conciso y de fácil comprensión, y no presupone la exposición a conocimiento previo sobre Biología. Este texto te guiará a través de un largo camino a la comprensión de cómo opera a diario el cuerpo humano, desde el nacimiento hasta la muerte. El estilo de escritura y la presentación introductoria están hechos para asistir a los alumnos con conocimientos limitados en las ciencias de la salud, y permite comprender los conceptos básicos de Anatomía y Fisiología Humana, así como los fascinantes mecanismos de nuestro cuerpo. Varias características se incorporan en cada capítulo para ayudarte a dominar el contenido. Ver la sección “Cómo usar este libro” en la página XXVIII para ver una descripción detallada y los beneficios de cada característica del libro. CAPÍTULO 2 La química d e la vida

33

Organización del texto Capítulos de introducción

(A)

Solución isotón

ica

10 Ĩm

(B)

nica

10 Ĩm

Solución hipertó

FIGURA 2-14. Efecto de la

nica

ósmosis sobre

los eritrocitos

148

CAPÍTULO 7

10 Ĩm

cuando son coloca

dos en soluci

ción. Las soluc iones básicas, tienen valor también llama es de pH por das alcalinas, arrib un pH de 8 y es 10 veces más a de 7. El agua de mar tiene pura con un básica que pH de 7. En nuestros cuerp el agua destilada un valor de pH os, la saliva tiene que es ligera ligeramente por debajo mente ácida de , mientras que 7, de manera estómago con el ambiente su jugo gástr ico y ácido clorh del ídrico es muy

ones salinas

© Delmar/C

(C)

Solución hipotó

engage Learning

El libro comienza con una introducción al cuerpo humano, explicando los términos os anatómicos y la organización del cuerpo desde un nivel de organización celular hasta a el nivel de los tejidos, se explica cómo es que los tejidos forman los órganos y cómo o y qué órganos constituyen los diversos sistemas del cuerpo. La base química de laa vida se trata en el Capítulo 2, que explica cómo los diferentes elementos se unen químicamente para formar moléculas tales como carbohidratos, proteínas, grasas y ácidos nucleicos, los componentes básicos de las estructuras celulares. Después de una discusión sobre la estructura y función de las células en el Capítulo 3, se explica en el Capítulo 4 cómo las células, a través del metabolismo, convierten los alimentos que comemos en una nueva forma de energía química celular, el ATP. En este capítulo también se discute la división mitótica de las células, y cómo es que heredamos damos nuestras características genéticas mediante la meiosis, así como la estructura de la molécula del ADN. Después de esta explicación detallada pero comprensible de cómo operan las células, en el Capítulo 5 se describe la anatomía y la función de los tejidos del cuerpo.

de diferente conce

ntración.

ácido con un valor otra parte, tiene de pH próximo a 1. Nues un valor de tra sangre por mente básic a. La orina tienepH de 7.4, haciéndola ligerade ser ácida , no es tan ácida un pH de 6, la cual, a pesar un pH de 4. como el jugo de tomate con El pH en el interior de la mayo uido que las rodea es basta ría de las células y en nte cercano a 7. Debido

El sistema esquelético

Capítulos sobre los sistemas del cuerpo Senos frontales Senos etmoides Senos esfenoides Senos maxilares

(A) Canal auditivo externo Martillo Yunque

Estribo Canales semicirculares Ámpula Vestíbulo NC VIII Cóclea

Ventana oval Trompa de Eustaquio

Membrana timpánica

Ventana redonda

Lóbulo Oído externo

Oído medio

Oído interno

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Después de haber sentado las bases para la comprensión del cuerpo a nivel celular y tisular, el texto lleva al estudiante en un viaje a través de los diversos sistemas del cuerpo. Cada capítulo tiene una introducción del sistema, donde se explica en términos generales la función del mismo y los órganos que lo componen. Cada órgano se discute en términos de su anatomía y fisiología, comenzando con el primer órgano y concluyendo con el órgano final de ese sistema. Empezando desde afuera, el primer sistema que se discute es el sistema tegumentario, en el Capítulo 6. Los sistemas esquelético (Capítulo 7), articular (Capítulo 8), y muscular (Capítulo 9) se discuten posteriormente. Estos sistemas funcionan en estrecha colaboración para permitirnos el movimiento y responder a los cambios en nuestro ambiente externo. El sistema nervioso (discutido en los Capítulos 10 y 11), controla e integra todos los sistemas del cuerpo. En el Capítulo 12 se discute el sistema endocrino, que opera en

FIGURA 7-8. (A) Los senos paranasales. (B) Sección transversal del oído, donde se muestran los osículos.

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CONTENIDO

estrecha colaboración con el sistema nervioso para el control químico del cuerpo a través de hormonas, ayudando a mantener el ambiente interno del cuerpo, o la homeostasis. El Capítulo 13 se dedica a la sangre y comienza a describir los sistemas que transportan materiales a través del cuerpo. El Capítulo 14 se refiere al sistema cardiovascular, donde la sangre actúa transportando oxígeno y nutrientes hacia las células del cuerpo, mientras elimina los residuos de las células del cuerpo. El sistema linfático (Capítulo 15) transporta las grasas desde el tracto digestivo a la sangre, y participa en el desarrollo de la inmunidad para proteger el cuerpo contra las enfermedades. El Capítulo 16 abarca la nutrición y el sistema digestivo, y convierte el alimento que comemos en una forma utilizable para las células del cuerpo. En el Capítulo 17 se discute el sistema respiratorio, que transporta el oxígeno dentro del cuerpo y elimina dióxido de carbono del mismo (un producto de desecho del metabolismo celular). El sistema urinario, que filtra la sangre 60 veces al día para eliminar los residuos y los metabolitos producidos en exceso que el cuerpo no necesita, se cubre en el Capítulo 18. El capítulo final del texto trata del sistema reproductor. Este sistema nos permite propagar nuestra especie y transmitir nuestras características genéticas a los hijos.

Cambios en esta tercera edición Se hicieron varias adiciones y mejoras al libro de texto y sus suplementos, con el fin de aumentar la comprensión y ampliar la experiencia adquirida sobre Anatomía y Fisiología.

Nuevas características Se han añadido cuatro nuevas características al libro, para mejorar su aprendizaje: ■ La función de Investiga y explora. ■ Estudios de casos que fomentan el pensamiento crítico sobre los conceptos aprendidos en los capítulos sobre sistemas del cuerpo. ■ Conexión StudyWARE™ ■ Una Guía de estudio para practicar (disponible en inglés)

Descargas a teléfonos celulares (disponible en inglés) Se han añadido descargas a teléfonos celulares, que incluyen audio, ilustraciones y animaciones para poder aprender, incluso cuando no estamos en clase.

Animaciones (disponible en inglés) Varias animaciones nuevas fueron agregadas a la función StudyWARE™, además de diapositivas creadas con PowerPoint y el WebTutor.

Cambios específicos a capítulos La siguiente es una lista de los principales cambios que se hicieron a los diferentes capítulos. De particular interés es la adición de la descripción de numerosas enfermedades, trastornos y condiciones que se han agregado a los capítulos sobre sistemas del cuerpo. capítulo : el cuerpo humano ■ Se ha añadido una nueva tabla sobre los diferentes niveles estructurales de organización del cuerpo humano. ■ Se añadió una discusión sobre retroalimentación positiva y negativa.

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capítulo : la química de la vida ■ La estructura química del glicerol y ácidos grasos ha sido revisada. ■ Se revisaron algunos aspectos sobre las células rojas de la sangre y soluciones hipo-

tónicas. ■ Se expandió un ejemplo de transporte activo.

capítulo : estructura de la célula ■ Se añadieron objetivos del capítulo. ■ Se amplió la definición del modelo de mosaico fluido de las moléculas de la membrana celular. ■ Se ha añadido una nueva ilustración, que muestra la estructura de una molécula de ARN de transferencia capítulo : metabolismo celular y reproducción: mitosis y meiosis ■ Se ha añadido la descripción de nuevos trastornos, como la enfermedad de Tay-Sachs, el síndrome de Klinefelter y el síndrome de Down. capítulo : tejidos ■ Se aclaró la definición de los términos monocitos, histiocitos y macrófagos. ■ Se amplió la definición de las células de la neuroglia. capítulo : el sistema tegumentario ■ Se agregaron imágenes de quemaduras de primer, segundo y tercer grados. ■ Se añadieron las imágenes de carcinoma de células escamosas, melanoma maligno y pústula impétigo. ■ Se ha añadido una imagen de las pústulas de la varicela. ■ Se incorporó una imagen de la dermatitis del roble venenoso. ■ Se han añadido imágenes de paroniquia, onicomicosis y onicocriptosis. ■ Se ha añadido una nueva ilustración que muestra diferentes lesiones de la piel. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema tegumentario como la varicela, dermatitis por hiedra venenosa, roble y zumaque, paroniquia, onicomicosis y onicocriptosis. Además, se ha agregado la descripción de lesiones en la piel como: pápula, mácula, forúnculo la corteza, bullas o vesículas, pústulas y quistes. capítulo : el sistema esquelético ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra los diferentes tipos de fracturas. ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra la columna vertebral. ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra las curvaturas anormales de la columna vertebral. ■ Se añadió una definición de anestésicos epidurales. ■ Se agregó una nueva ilustración que ilustra una vista anterior de la pelvis. ■ Se añadió una imagen del paladar hendido. ■ Se agregó una nueva ilustración que demuestra la acromegalia. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema esquelético, incluyendo el ojo negro, desviación del tabique, sinusitis, latigazo cervical, la acromegalia, y la clavícula fracturada. capítulo : el sistema articular ■ Se agregó un ejemplo de una articulación con sincondrosis. ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra una bolsa o bursa en la articulación de la rodilla. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos como la gingivitis, la hiperextensión y la cadera dislocada.

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capítulo : el sistema muscular ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra los músculos de la pared abdominal. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema muscular como el rigor

mortis, el ronquido, el tétanos, la poliomielitis, la fascitis plantar y la fibromialgia. capítulo : a sistema nervioso introducción: médula espinal y nervios espinales ■ Los nervios coccígeos espinales se han etiquetado. capítulo : el sistema nervioso: cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos especiales ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema nervioso como el aneurisma, la esclerosis múltiple, síndrome de Reye, la rabia, la enfermedad de TaySachs, la parálisis de Bell, conmoción cerebral y la depresión. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos de los sentidos como el vértigo o mareo por movimiento, cataratas y glaucoma. capítulo : el sistema endocrino ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema endocrino, incluyendo diabetes insípida, el trastorno afectivo estacional, aldosteronismo, el estrés y el síndrome adrenogenital. capítulo : la sangre ■ Se han añadido etiquetas a la figura sobre la clasificación de las células sanguíneas. ■ Se actualizaron datos sobre la vida media y funciones de las células sanguíneas. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos de la sangre como la trombocitopenia, eritrocitosis, y el envenenamiento por monóxido de carbono. capítulo : el sistema cardiovascular ■ Se han etiquetado las diferentes paredes o capas del corazón. ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra el interior del corazón, con etiquetas respectivas a cada parte. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema cardiovascular, incluyendo arritmias, soplo cardiaco, estenosis de la válvula del corazón, la válvula del corazón incompetente, angina de pecho, síndrome de prolapso de la válvula mitral (PVM), infarto al miocardio, la angioplastia, y el stent (endoprótesis vascular). capítulo : el sistema linfático ■ Se han agregado etiquetas nuevas a la ilustración del sistema linfático ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra la estructura molecular de los anticuerpos ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema linfático, incluyendo traplante de médula ósea, el cáncer, los ganglios linfáticos y el lupus eritematoso sistémico (LES). capítulo : nutrición y sistema digestivo ■ Se agregó una descripción del sabor umami. ■ Se añadió una radiografía de cálculos biliares en el conducto biliar. ■ Se añadió una imagen del tordo. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema digestivo, como aftas, amigdalitis, intoxicación alimentaria, infecciones por tenias, pancreatitis, gastritis, enfermedad por reflujo gastroesofágico (ERGE), el cáncer gástrico y cáncer de páncreas. capítulo : el sistema respiratorio ■ Se agregó una nueva ilustración que ilustra la vista anterior y posterior de la laringe. ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra la posición de las cuerdas vocales en la laringe.

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■ Se ha añadido una nueva sección sobre la capacidad pulmonar. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema respiratorio como la

laringitis, pleuresía, atelectasia, la enfermedad del legionario, el síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL), la influenza (gripe) y la tuberculosis (TB). capítulo : el sistema urinario ■ Se han agregado etiquetas nuevas a la ilustración de la anatomía interna del riñón. ■ Se agregó una discusión sobre los dos tipos de neuronas: las yuxtamedulares y las corticales. ■ Se agregó una nueva ilustración que muestra las principales funciones de las nefronas: la reabsorción de la filtración y la secreción. ■ Se añadió una discusión sobre la diálisis peritoneal en la insuficiencia renal. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema urinario, como la hematuria, oliguria, poliuria, piuria, uremia, enfermedad del riñón poliquístico y la incontinencia urinaria. capítulo : el sistema reproductor ■ Se agregó una imagen de Trichomonas. ■ Se ha añadido una imagen de chancro de pene y de la sífilis. ■ Se han añadido nuevas descripciones de trastornos del sistema reproductivo como la disfunción eréctil (ED) o la impotencia, el cáncer de ovarios, cólicos menstruales, el embarazo ectópico y la infertilidad femenina.

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PARA EL INSTRUCTOR O MAESTRO Hay muchos libros de texto de Anatomía y Fisiología Humanas que los instructores o maestros pueden elegir para sus alumnos. La mayoría de estos textos están diseñados para aquellos alumnos con conocimientos previos de Biología, y su contenido es tan extenso que se necesita por lo menos un año para cubrir todos los temas a profundidad; por lo tanto, estos textos están diseñados para estudiantes de Biología y Medicina. Por la misma ma razón, nosotros tuvimos la necesidad de crear un libro de texto escrito para el alumno sin conocimientos previos, que a manera introductoria le pueda facilitar el elegir una carrera era en el campo de las ciencias de la salud; un libro que cubra los fundamentos básicos de Anatomía y Fisiología humanas a una profundidad razonable para satisfacer las necesidadades en un curso de un semestre.

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Curso en línea de Fundamentos de Anatomía y Fisiología Este curso desarrollado en línea introduce a los alumnos sin conocimientos de Biología al complejo y apasionante mundo de la Anatomía y la Fisiología. El curso comprende una línea completa de aprendizaje interactivo. El contenido del capítulo se organiza en torno a los sistemas del cuerpo y se centra en cómo cada sistema trabaja en conjunto para promover la homeostasis. Incluye ilustraciones a todo color, animaciones anatómicas en 3D, audio, y contenidos para involucrar totalmente al alumno. También hay juegos interactivos tales como el etiquetado de imágenes y campeonato de concentración para reforzar el aprendizaje. Potentes herramientas de personalización permiten a los administradores individualizar las herramientas del curso y su evaluación, mientras que cuenta con un amplio seguimiento que permite a los administradores monitorear el rendimiento y el progreso del alumno. Anatomía y Fisiología en línea: Código Académico de Acceso Individual, ISBN 1-4180-0131-7 Anatomía y Fisiología en línea: Código Académico de Acceso Individual, ISBN 1-4180-0130-9 (Ambos cursos se encuentran disponibles solamente en inglés)

WebTUTOR™ (Disponible solamente en inglés) Diseñado para complementar el libro, el WebTutor™ es una herramienta web rica en contenido, que funciona para asistir en la enseñanza y el aprendizaje. Ayuda a reforzar y aclarar conceptos complejos mientras que sus animaciones mejoran el aprendizaje y la retención de material. Las plataformas de WebCT™ y de Blackboard™ también ofrecen herramientas de comunicación para los instructores y estudiantes, incluyendo un calendario de cursos, chat, correo electrónico y foros de discusión. WebTUTOR™ en WebCT™, ISBN 1-4354-3875-2 Texto incluido en WebTUTOR™ en WebCT™, ISBN 1-4354-3074-3 WebTUTOR™ en Blackboard™, ISBN 1-4354-3874-4 Texto incluido en WebTUTOR™ en Blackboard™, ISBN 1-4354-3109-X

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SOBRE EL AUTOR Donald C. Rizzo, Ph.D., es profesor titular de Biología y Jefe del Departamento de Biología en la Universidad Marygrove en Detroit, Michigan, donde enseña Anatomía y Fisiología Humanas junto con la terminología médica respectiva. Es también responsable de la enseñanza de materias como Biología II: la unidad y la diversidad de la vida, Principios de la Biología, Parasitología, Zoología y Botánica. Comenzó su carrera como docente en el Colegio Marygrove en 1974. Fue presidente del Departamento de Ciencias y Matemáticas de 1975-2006, además de ser maestro de tiempo completo. El Dr. Rizzo recibió su grado de licenciatura en Biología y Educación en 1968 en el Colegio Boston State (ahora la Universidad de Massachusetts, Boston), un grado en Maestría en Ciencias en 1970, y un doctorado en 1973 en la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. Ha sido miembro de la Asociación Americana de Profesores Universitarios y actualmente del Instituto Americano de Ciencias Biológicas y fue miembro pasado de la Asociación Nacional de Profesores de Ciencias. El Dr. Rizzo ha publicado en el Journal of Invertebrate Pathology, y es co-autor de un banco de pruebas automatizado para terminología médica. Ha desarrollado muchas herramientas para la asistencia de la enseñanza que usa para sus clases de Biología, incluyendo un manual de laboratorio de Parasitología, y guías de estudio para el estudiante en todas las demás clases que imparte. Los premios que se le han otorgado incluyen los premios Fundación Sears Roebuck Campus de Excelencia en la Enseñanza, el Premio al Liderazgo en 1990 y el Premio Académico de la Escuela Normal Marygrove 1992. Nominado por sus alumnos, se convirtió en miembro de Quién es Quién entre los maestros de América en 1996, 2000 y 2004. En 2006, recibió el Premio de Enseñanza Presidencial del Colegio Marygrove. En 1990-1996 atendió una sesión de verano como profesor visitante en la Universidad de Michigan, donde enseñó el componente de Biología para el Programa de Becas de Pre-Medicina para estudiantes de minorías étnicas. Se presenta en conferencias nacionales e internacionales en un servicio interdisciplinario, dando un curso de formación sobre “VIH/SIDA: Biología e impacto social”, junto con sus dos amigos y colegas, el profesor James Karagon (trabajo social) y la Dra. Loretta Woodard (literatura), que con él, han desarrollado e imparten este curso, todos los años. Ha realizado trabajo de campo en Biología en todo el mundo y participa con sus estudiantes en viajes de estudios en el extranjero a lugares como las Islas Galápagos, África del Sur, China, Rusia, Europa y América del Sur y Central. Sus hobbies incluyen viajar por el mundo, el arte en cerámica y vidrio de América. En 2009 fue galardonado con el Premio Presidencial Marygrove Colegio para Becas.

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AGRADECIMIENTOS Me gustaría agradecer la ayuda dedicada de mi amiga y colega, la Sra. Teri Miller, nuestra asistente administrativa. También extiendo un especial agradecimiento a Deb Myette-Flis, mi directora en producción, que empezó a trabajar conmigo en la primera edición hace muchos años y ha permanecido conmigo con paciencia y como un enlace competente para Delmar Cengage Learning. Ella siempre está disponible con asistencia y respuestas a mis numerosas preguntas técnicas, dándome palabras constantes de aliento. También me gustaría extender un agradecimiento a mi familia, amigos, administradores, equipo, estudiantes y colegas de la Universidad Marygrove que me apoyaron en este esfuerzo. El agradecimiento se extiende también a mis amigos Rico y Jess por haber cuidado de mis bulldogs inglés, Bonnie y Clyde, y de Cleo el gato, cuando necesitaba silencio y soledad para escribir y editar. Agradecimientos sinceros también a los profesores de otras universidades que revisaron este manuscrito. Sus sugerencias constructivas y nuevas perspectivas de los temas, sus ideas y comentarios ayudaron a que esta tercera edición fuera el producto que es. Cada uno de ellos tenía una perspectiva nueva y diferente que fue muy valiosa para la edición final de este texto. Un agradecimiento sincero se extienden a la Sra. Linda Brawner, Directora de Servicios de Tecnología de la Educación en el Colegio Marygrove, por su ayuda con la edición técnica de este manuscrito.

Revisores Anna Marie Avola, PhD Presidente del Programa de Asistencia Médica Universidad Hodges Naples, Florida Richard A Bennett, PhD Becario Post-Doctoral Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea Universidad de Cincinnati Cincinnati, Ohio

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Cherika de Jesus, CMA, AAS Instructora Certificada en Asistencia Médica Escuela de Negocios de Minnesota Campus Centro Brooklyn Centro Brooklyn, Minnesota Linda J Kuhlenbeck, CMA Asistente de Instructor Médico Colegio Brown Mackie Hopkinsville, Kentucky

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Cómo usar este libro El libro Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición, nos ayuda a entender cómo el cuerpo humano está estructurado, las funciones que realiza a diario, y cómo los sistemas del cuerpo trabajan juntos para mantener la homeostasis. Las siguientes funciones están integradas en todo el texto para ayudarnos a aprender y dominar los conceptos básicos de Anatomía y Fisiología, así como sus términos.

El sistema rio tegumenta ULO EL CAPÍT

S D de: rás ser capaz capítulo, debe estudiar este Después de la epidermis. las capas de 1. Nombrar atinización. quer ino e las térm res de piel entr 2. Definir el distintos colo qué existen 3. Explicar por personas. llo. cabe un de la anatomía 4. Describir entes en la piel glándulas pres los tipos de secreción. 5. Comparar estructura y la basadas en su sudoración en rtancia de la impo la 6. Explicar . ura supervivencia lar la temperat ayuda a regu piel la o 7. Explicar cóm corporal. la piel. de s ione las func 8. Nombrar

OBJETIVO

Objetivos del capítulo Los objetivos del capítulo le ayudan a aclarar los conceptos que debe comprender después de leerlos, para completar las preguntas de examen.

Conceptos clave La lista de conceptos clave al inicio de cada capítulo se encuentra hacia el interior del texto para que el lector los pueda localizar fácil y rápidamente.

Mapa conceptual Cada capítulo incluye un mapa conceptual del sistema de órganos, que nos introduce a la relación entre las diversas estructuras del sistema y cómo estas estructuras desempeñan sus funciones. Los mapas conceptuales ayudan a entender las conexiones entre la Anatomía y la Fisiología de los órganos de cada sistema del cuerpo.

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C O N C E P T O S C L AV E Albinismo Cabello Callo Callosidades Cama de la uña Carcinoma de células basales Carcinoma de células escamosas Cianosis Corium Corteza Cuerpo de la uña Cutícula Dermis mas Desmosomas Eje

Epidermis Estrato basal Estrato córneo Estrato espinoso Estrato germinativo Estrato granuloso Estrato lúcido Estratos Folículo piloso Glándulas sebáceas Glándulas sudoríparas Hipodermis Lúnula Médula Melanina

116

Melanocitos Melanoma maligno Músculo erector del pelo Porción papilar Porción reticular Quemadura de grosor completo Quemadura de grosor parcial Quemaduras de primer grado Quemaduras de segundo grado Quemaduras de tercer grado Queratina Queratinización Raíz Raíz de la uña Sebo

CAPÍTULO 6 El sistem a tegumentario

de células pigmentadas. Es una barrera efectiva que nos INTRODUCCIÓN DUCCIÓN N protege de las sustancias químicas más dañinas evitando El sistema ma tegumentario o integumentario está conforque entren a nuestro ambiente interno. Participa en la Sistem entario con lo que mado porr la piel y sus apéndices. Ver V Mapa Conceptual disipación de agua durante alategum sudoración, ema tegumentario. Los apéndices o modifica6-1: Sistema modificaayuda a regular nuestra temperatura corporal. e la piel incluyen el pelo, las uñas, las glándulas ciones de posee una sebáceas,, ceruminosas y sudoríparas. La palabra tegudesarrolla una LAS CAPAS P DE LA PIEL mento signifi ca cubierta o envoltura. La piel de una pergnifica Estructura lta cubre aproximadamente de 1.5 a 2.0 metros sona adulta específica Nuestra piel consiste de dos capas principales (Figura cuadrados superficie del cuerpo. La piel pesa alreos de la superficie 6-1). La epidermis es una capapermite de tejido epitelial que a su Función dedor de 2.7 kg (casi el doble del peso del cerebro o del vez puede dividirse en subcapas. Se localiza por encima específica hígado) y recibe aproximadamente un tercio de toda la incluye de la segunda capa, conocida como dermis. Ésta es una sangre que exible pero a la ue circula en nuestro cuerpo. Es fl flexible capa densa de tejido conectivo que conecta la piel con a y bajo condiciones normales es capaz de repavez rugosa los tejidos que se encuentran por debajo de ella, como la incluye enerarse por sí misma. Casi toda nuestra piel es rar y regenerarse grasa y el músculo. Por debajo de la dermis se localiza la resistente e al agua. Nos protege de la dañina luz ultravioa capa subcutánea, con frecuencia denominada hipoderleta emitida ida por los rayos solares gracias a la presencia mis. Pelo Glándulas Glándulas 115 Glándulas sebáceas Uñas sudoríparas cerumin osas

suaviza el

secreta

secreta

Piel

Receptores sensoriales

secreta

Recepción sensorial

para incluye

Regulación de la temperatura

necesaria involucra para

yace sobre

Sebo

Sudor

Cerumen

Epidermis con queratina, melanina

Dermis con vasos sanguíneos

Protección

Excreción

en contra de incluye

Capa subcutánea con grasa

VasoAislamiento constric ción y dilatación

Rayos Enfriamiento UV y mediante evaporación microorganismos

para

para

para

para

para para

MAPA CONCEPTUAL

6-1.

Sistema tegumentari cuerpo tendrá un mapa o. Ésta es la primera introducción de un mapa turas permiten al sistemaconceptual que esquematizará la relació conceptual. n entre las diversas desempeñar sus funcion estructuras del sistema Cada sistema del principales temas de es. Un mapa concep un capítulo en una sola y cómo estas estructual es básicamente página, de El mapa conceptual un esquem divide un tema en sus compo esta manera, el lector cuenta con un panora a que permite visualizar los líneas de conexión en nentes princip ma genera sus más pequeños. La conexió estructuras y funciones. Entonces, cada ales. En primer lugar, el sistema del cuerpo l de éstos. uno de estos dos grande n de las líneas o flechas se divide por relaciones. De vez en s temas se usan para unir las division se subdividen en compo cuando, una breve descrip es relacionadas con nentes la explicación de la ción o una palabra pueden el propósito de mostra relación. Dedica unos usarse junto con las minutos a examinar Además te ayudará líneas de conexión para r las el a preparar el terreno reforzar para lo que estés por mapa conceptual antes de continuar tu tual, el cual te ayudar lectura por el capítul leer. Al estudiar la inform á a recordar lo que o. has leído. ación del capítulo, recurre al mapa concep-

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Ilustraciones y fotos a todo color

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entario El sistema tegum CAPÍTULO 6

Eje del pelo

Las ilustraciones y fotos a todo color le proporcionan un refuerzo visual de los principales conceptos incluidos en cada capítulo. El color puede ayudarle a mantener una imagen mental de los distintos sistemas y a reforzar el material que se aprende en cada capítulo.

Poro Papila Capilar Conducto de la glándula sudorípara

Epidermis

Glándula sebácea Dermis

a

Fibra nervios

Vaso sanguíneo a

© Delmar/Ce

Célula adipos

ngage Learning

Glándula sudorípara Capa subcutánea (hipodermis)

Las capas de la FIGURA 6-1.

piel y algunos de

sus apéndices.

StudyW AR Conexión con

Campo

PROFESIONAL

Conceptos clave

yace vascularización, que carece de células La epidermis, conectivo. Las brana de tejido dividen por mitosis, se sobre una mem esta membrana las más vie™ más basales de células nuevas empujan a hacia las azan de manera que ficie. A medida que se despl ia debido a jas hacia la super composición química camb y ente muearriba, su forma g y eventualm n debido d agua 131 relacionada con an animación re ario nido de mesuntconte pierd queratinización queeguen t WARE™. que a Observa una como m e t ce Study s i s de l cono E ína qu eína so se CD-ROM CAPÍTULO 6 ren. Este proce comienzan a llenar de la prote consla piel en tu an s se tas, se descaman que las célula s externas muer raa efectiva ratina. Estas célula externa forma una barre es muy y capa tantemente. La que pudieran penetrar la piel contra sustancias ión. as distinabras produce capas resistente a la queratinización os (Figura 6-2). -2). De la El proceso de das estrat La epidermis está compuesta la epidermis llama la más interna podemos enupiel de la de tivas a o, a hacia núcleos) capa mas extern extern el o; el estrato lúcid os en das (carecen de ienen porción más La epidermis o esad . El estrato córne o granu to iales queratiniza células se para mantlos individuos inter merar cinco capas minado la capa clara; el estrat lar; de células epitel Estas nibles ente convo osas.les dispo anular; y escam granu deno y te capa siona la ificadas das altam comúnmen estratlas áreass aprofe conoce como conexiones cerra Estos desmosomas e el nombre gener Éstas son Ést asalyselos s gracia loso, paraenartist junta armente recib e que entario: desmosomas. maquillaj nte,, es el oso, a tegum y flrexible losregul interna e importante en elde espin sistemlucio sist o nua o enque nadas llamados estructura rrolla conti estrat cine el el desa en más en s, e capa la recib én conoes de osa. La televisora que se pued es mayortos dond nsabl gos, ene las respo erativa) también etólo de capa espin cosm Losson la epide ocupar pues o (o capa regen M
L M en rmis r depued las palmas de grosollo, El cabe piel.de estrato germinativ basal lastas ión y peso –en . estili estratyo en los r cantidad de abras ; y es mucho más medades cida como una de belleza.las plantas de los pies– o. cializan en las enfer esmayo salon espe tronc se del las manos y en que al icos ventr méd ficie son super en lagos daatólo delga derm M


E

Los amatorias la piel. trastornos de ne. ólogos sistema inmu ía cosméreacciones del an en las cirug envejecializ de la piel y las espe se del que son médicos tar los efectos anos plásticos de nacimiento y contrarres M
Los ciruj gir defectos tica para corre de la en el cuidado especializarse cimiento. an estudios para as también realiz M
Las enfermer piel.

M
Los alerg

EL

RPO MAS DEL CUE RA EMA ISTE LOS SIST PARA P PA AN JUNTOS SIS: BAJJAN ABA TRA T IS: TA TAS LA HOMEOS MANTENER 126 ENT CAPÍTULO ARIO6 T UM SISTEMA TEG

iovascular an a regular udan is ayud mis Sistema card derm la de o sanguíneos de iante su dilatación M
Los vasos corporal med la temperatura personas constricción. uíneos en las los vasos sang de ación iento de la piel dilat M
Lategumentario M El sistema uce el enrojecim de piel clara prod ión . rizac durante la rubo

receptore ir ● La esti excitación sex s en la pie ual. mulac l pue

verman, MD, Pediatric atric Dermotolog Dermotology, r gy,

esía de Robert A. Silverman, MD, atric Dermotology, Georgetown ersity

elético en contra de piel provee deCOMÚN,Sistema linfático Sistema esqu nuestraENFERMEDAD iva que actúa de una barrera efect CÁNCER DE PIEL D producida por fuert es. TRASTORNO O CONDICIÓNM
La piel es una os proveyendo M
La vitamina rrollar huesos microorganism sistema inmune. la invasión por calcio para desa el de defensa para icóticas y antibacteprimera línea esaantim iedad El cáncer de piel generalmente se desarrolla debido la exposición excesiva a los rayos ultravioleta prop e pose sebo o necesario calci Sistema muscular ría utilizarse cuando se sol, razón por la cualM
losElprotectores solares con un FPS de 15 nir o más, deben proveer deldel mayo a la a ayud . D preve rialeso cuando nuestra piel ayuda a requiere de realizar trabajo al aire libre. realizan actividades al aire libre, M
La vitamina n muscular. to ácido de la ocupación s sione M
El man expre riana para la contracció les generan lasLas áreas más comunes donde se desarrolla el cáncer des.piel son la cara, el cuello y las manos. Hay infecciones bacte ulos facia tres tipos de cáncer de piel, de doslas de los cuales pueden ser letales. M
Los músc aje corporal. ra común es el carcinoma de células basales. Este tipo de cáncer produce una úlcera eratumás El tipo faciales del lengu an a controlar la temp rs ayud la abso radioterapia o resección por quirúrgica; rararavez se propaga. El primer tipo ma digestivo Siste la piel gene o. abierta y puede tratarse con M
Los escalofrío ucidaescamosas, tando el cuerp ina D prod carcinoma de células que produce un tumor nodular altade cáncer de piel peligroso Laelvitam corporal calen M
es por el intestino. como a la dermis, hacer o y fósfo mente queratinizado en la epidermis (Figura 6.6).ro Si no seser trata puede propagarse cenadas alma ción de calci en pued caloríasde metástasis, El tipo de piel más peligroso es el melanoma maligno (Figura de cáncer y de la muerte. ioso eratuyracausar M
El exceso eo. temp Sistema nerv után subc cambios de 6.7). Es poco frecuente y se asocia con un lunar en la piel. Un lunar es una agrupación de melanocitos; de tejido nerel a tores recep grasa en al sistem ón se M
Los sitios éstos convierten en cancerosos y la metástasis es común. El melanoma puede aparecer como un proveen informaci ambiente. el mediooscuro presión en la piel plana difusa.irato A menos tiempo, estecamcáncer es mortal. rio que se trate a en r contender con nódulo as. o una lesiónSiste ma resp pued producir vioso para pode ulas sudorípar tores en la piel aactivan las glánd recep ios sitios nerv Los Los M
M
de respiración. bios en las tasas produa end ma stem 13sebo eción de Siste 2 CAPÍTULO agua y o urinario 6 Siste los niveles de M
Las horm El sistma piel. ema teges pueden restaurar riñon umentario sanguíneo a la sudoración. Los cido por M
idos durante la grasa en el detem electrolitos perd tidad Sis M
M a reprod uctor o ● La esti M
Las horm mulación e után ut de sitios produc tejido subc El estrato granul 1. Está form oso ado por dos activas en la querati o tres capas de células mu nización. El estrato y espinoso 1. Este estr ato espinosas se compone de varias cap con form a poliéd as 2. Los pue de célula rica. ntes de anc s RESUME enc laje uen cel N tran en esta ulares o desmosom capa. El estrato INTROD as se germinativ UCCIÓN o o basal 1. Se enc uen 1. El sist ema Su capa tra por encima de má piel, cab tegumentario está estrato bas s profunda de cél la membrana bas ello al. cerumino , uñas, glándulas formado por la ulas se den al. sas en el 2. Ésta es sebáceas, omina el glándulas con la capa que sudorípara ducto auditivo glándulas epidermis pro externo, 2. La pie s. por mitosi duce nuevas cél y las l es resiste 3. Los me ulas de la s. nte al radiación lan ultraviole agua, nos proteg Este pigmeocitos de esta cap el agua y a produc nto es res ayuda a ta; a través del sud e de la de en pon la protec melanina regular la corporal. sable del ción con . temperatu or disipa color de 4. Las per tra los ray la piel y ra os ultravi son LAS CAPA oleta del más activo as de piel oscura sol. S DE LA poseen me s. PIEL 5. El alb lanocitos 1. La pie inismo es l se com una con de la aus pone de superior dic ión enc dos ia de me genética capas: la y la dermis lanina. La dermis que resulta epi inferior La epider o corion dermis mis . 1. La der 1. La epi mis dermis verdadera también se denom estratificad se compone y está com ina de epiteli o y querati denso. puesta de corion o piel o escam 2. A me nizado. oso teji dida que do conectivo 2. En la las célula superficie dermis se s se despla encuentran linfáticos, zan hacia su núcleo de la epidermis los ésta la pilosos. nervios, músculos, vasos sanguíneo conocido cambia químicam s pierden agua glándulas sy y como que ent 3. Se div y folículos ratinizaci e, en un proces 3. Las cin ide en o ón. co capas localizada dos fracciones de la epi a la más : dermis interna son porción por debajo de la la porción papilar las siguien , de la más extern reti epidermis estrato cór a subcutáne cular ubicada tes: neo, o cap por encima y la o. a callosa estrato lúc 4. El teji del tejido ido o cap do sub a transpa estrato gra hipoderm cutáneo se pue rente, nuloso o is. de llamar capa gra estrato esp nular, inoso o cap LOS APÉN paa espino estrato ger DICES DE sa, minativo LA PIEL 1. Los apé o capa reg El estrato ndi enerativa. córneo uñas, glá ces de la piel inc 1. Se com ndu luyen el pon pel sudorípara las sebáceas, cerumino o, en proteín e de células mu s. ertas con sas, y Pelo Pel lo ioas o células que vertidas consta entar nteme rati El sistema tegum descamaci nte se pierden nizadas que 1. El pel CAPÍTULO 6 134 o cubre en un pro ón. todo el ceso de 2. Es una de las ma barrera que nos, las pla cuerpo excepto partes de las palma de luz y actúa en de los genital ntas de los pies REPASO y ciertas s químicos calor, y la mayor contra de las ond es extern 2. Cada cabello ind ía as os. y de sus PREGUNTAS DE microorga de los productos ivid rmis conlos El la epide partes: la ato lúc nismos. capas deestr cutícula ual se compone ido externa, de tres la Fund 1. Enlista las cincones. te priación 1. Esta cap web de par nciw. la cor pal de los a ● Visita el sitio a es una nombres comu del sistem la mé//ww enyhttp: gránulos teza, que es la ones Piel dul funci cap de o sól er a cuatr a o los inte del plana una o de rna que de Cánc ibe las aire tiga . uno e inves presenta pigmento, 2. Enlista y descr observar. dos células de espy transparenskinc te deancer.org 3. piel. Escribe un espacios esor; es ro tegumentario. de er de La parte visi na o difícil n el mismo núme las tipos de de cánc en eje de. una págible de un cab personas posee * o explicamos ello se den 3. Si todas las pequeño resum ndist en su piel, ¿cóm tas razas? omina apre 4. El folí e. de melanocitos distin culo pilo lus en dos de lo que color entre las linePso es la Med cia de diferencias de ausen web con s raíz del cabello ● Visita el sitio persona que nace gov/medlineplu a una . una .nih. * ptible qué w.nlm ¿Por susce 4. de http://ww ríparas será a de cualquiera ue de calor? de glándulas sudo e investiga acerc la piel mencionasición a un choq es de muerte por expo las condicion o ulo. miento crític das en este capít * ntas de pensa de natales pro ión de los pez one dulas ma voca la producció s en las mujere s pos marias. n de leche por las glá tn-

Los conceptos clave se resaltan en negritas y se definen a lo largo del capítulo.

Sistemas del cuerpo En esta sección, que se encuentra al final de cada capítulo, se muestra cómo cada sistema del cuerpo trabaja en conjunto con otros sistemas para mantener el ambiente interno del cuerpo de manera óptima. Al ver la función que tiene cada sistema del cuerpo en el mantenimiento de la homeostasis, se pueden integrar las funciones independientes de cada sistema, en su funcionamiento, en conjunto dentro de un solo cuerpo.

Cuadros de condiciones especiales Los cuadros de condiciones especiales y las secciones de alerta sanitaria y de enfermedades, trastornos, y desórdenes comunes proporcionan una breve descripción de la importancia sanitaria y de las enfermedades que pueden ocurrir en el sistema del cuerpo que se cubre en algún capítulo. Esta información permite relacionar los conceptos presentados en el capítulo con situaciones de la vida real.

Resumen El resumen proporciona una lista de los principales temas cubiertos en cada capítulo, y es una valiosa herramienta de estudio que resume los contenidos del mismo.

lora Investiga y exp

Pregu

CASO ESTUDIO DE

Preguntas de repaso Una variedad de ejercicios proporcionan herramientas para la autoevaluación sobre la comprensión del capítulo. Las preguntas de pensamiento crítico permiten aplicar los conceptos aprendidos y fomentar la discusión.

su una revisión de dermatólogo tras muslo edad, visita a su que se ha desarrollado en su r de 21 años de histoupada por un lunar eado oscuro. Al elaborar su Siesha, una muje fin de Siesha está preoc tiene un bronc de playa cada médico general. en advierte que ella sus amigos juegan voleibol co exam el médi El Tras no. ella y derecho. s durante el invier a menciona que rial clínico, Siesh verano, y utiliza las camas solare un cáncer de piel. te el Siesha podría tener semana duran co considera que del lunar, el médi

Preguntas

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diera tener?

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elético El sistema esqu CAPÍTULO 7

Ejercicios de laboratorio

DE EJE RCI CIO RIO : LA BO RA TO

ES QU EL ÉT ICO EL SIS TE MA

eleto humano sarios: un esqu le, Materiales nece de hueso real, si es posib s sea plástica; vario articulado, ya a reproducción o de una buen cada 4-5 alumnos); ejemplos por , un pie y una cráneos (uno anos de huesos hum ón microscódesarticulados araci prep ; una mano articulados acto. comp pica de hueso nos. Usar las os de 4 a 5 alum 1. Integrar equip s de tu libro de texto para placas coloreada os faciales y craneales, hues los car ifi as, mienident principales sutur les dé el que junto con las os con los cráne tras se trabaja maestro. identifica e lado esqueleto articu 2. Ve hacia el os del cuerpo. los otros hues

Los ejercicios esenciales de laboratorio que se encuentran al final de la mayoría de los capítulos, nos permiten adquirir una experiencia práctica en el laboratorio al observar estructuras o aplicar los conocimientos aprendidos en el capítulo.

articulados e iden-y pie y la mano la muñeca, 3. Observa el os del carpo de tifica los hues tarso del pie. los huesos del ifica sus pare e o hioid ident 4. Analiza el hues tes. tas marcas de ificar las distin 5. Trata de ident se mencionan en el libro de que os los hues texto. ha sido secciohueso largo que s compacto y 6. Examina un rvar los tejido nado para obse esponjoso. o compacto al hues logía del scópica de 7. Revisa la histo preparación microdel sistema observar una s todas las parte éste. Identifica n. osteó u o rsian have

CAPÍTULO 6

Conforme el cuerpo envejece

El sistema tegumentario

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CONFORME EL CUERPO ENVEJECE A medida que envejecemos, se producen muchos cambios visibles en la piel, tales como “patas de gallo” alrededor de los ojos y de la boca. Una disminución en las secreciones de sebo da como resultado una piel más seca. Escuchamos y vemos los anuncios de cremas hidratantes de la piel, una gran fuente de ingresos para la industria cosmética. La pérdida de fibras de colágeno y de elastina en la dermis produce la flacidez de la piel y la formación de arrugas. El flujo de sangre a la piel disminuye con la edad, y la piel se vuelve más delgada y se torna más transparente. El número de melanocitos disminuye en ciertas áreas, causando el oscurecimiento de otras denominadas manchas de la edad o manchas del hígado. La falta de melanina también es causada por el envejecimiento; la producción de pelo blanco avanza con la edad. A medida que envejecemos, el cabello no crece de forma periódica sobre nuestras cabezas como lo hizo en nuestra juventud, y el pelo de muchas personas, tanto de mujeres como de hombres, adelgaza o inclusive se pierde. Esto también está relacionado con factores genéticos. Algunos individuos experimentan la calvicie a los 20 años, mientras que otros mantienen la cabeza con mucho cabello a los 70 años. Las uñas, especialmente las uñas de los dedos de las manos, pueden llegar a ser frágiles y romperse con facilidad, mientras que las uñas de los pies pueden ser susceptibles a las infecciones por hongos, decolorarse y volverse más gruesas de lo normal. Los adultos mayores pueden llegar a ser sensibles al frío a causa de una baja circulación sanguínea y un menor número de depósitos de grasa debajo de la piel, la cual aísla la capa subcutánea. Además, debido a que la piel no es capaz de repararse y automantenerse tan fácilmente como lo hizo en la juventud, los adultos mayores son más propensos a desarrollar infecciones de ésta. La secreción de sebo por las glándulas sebáceas disminuye con la edad, dando lugar a una piel seca y por lo tanto a la necesidad de usar cremas hidratantes para la piel. Durante los meses de invierno en los lugares de clima templado, esta condición es aún más exagerada por los vientos secos, que causan su agrietamiento, abriendo pequeñas y dolorosas heridas alrededor de las puntas de los dedos. Durante estos periodos, la aplicación diaria de cremas hidratantes para las manos es especialmente útil.

La función de la sección A medida que envejecemos, presente en todos los capítulos, es la descripción de los cambios fisiológicos y los efectos que el envejecimiento tiene sobre cada sistema de órganos específico.

Campo profesional La sección de Campo profesional introduce a los estudiantes a carreras de especialistas de la salud relacionadas con el contenido del capítulo. Cuatro nuevas características se han añadido para mejorar el aprendizaje, ampliar la experiencia en la materia de Anatomía y Fisiología, e integrar los conocimientos.

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Campo

y el roble venenoso sí lo pueden hacer. Otros producinterpretación (Capítulos 10 y 11). Los receptores de tos químicos solubles en grasa como el DDT, pesticida temperatura producen las sensaciones de calor y frío. Los de hidrocarburos clorados, también puede atravesar la sitios de presión del receptor nos permiten interpretar la piel. Si colocas tu mano dentro de una lata de gasolina, presión excesiva que se traduce en la sensación de dolor no te intoxicas. Sin embargo, si la colocas dentro de un como cuando recibimos un pellizco. También detecta la recipiente de DDT, puedes intoxicarte. Las personas que presión suave que da lugar a la sensación de placer como trabajan con ciertos insecticidas deben utilizar ropa prode un masaje suave o una caricia. Las combinaciones de tectora para evitar la penetración de estos productos quídiferentes grados de estos estímulos en los sitios recepmicos a través de su piel. tores producen otras sensaciones que llamamos ardor, El contenido de lípidos de la piel impide la pérdida picazón o cosquilleo. Estos receptores permiten reaccioexcesiva de agua y electrolitos a través de la piel. La piel nar a los estímulos externos e interpretar lo que está ocunormal es impermeable al agua, a los carbohidratos, las rriendo en el mundo exterior. r CAPÍTULO 6 El isteproteínas. grasas y a slas todos los gases así ma tegumSin entembargo, ario 131 como determinadas sustancias volátiles pasarán a través Protección de la epidermis como los plaguicidas orgánicos que acaLa piel es un revestimiento elástico resistente, que impide bamos de mencionar. r Las numerosas aberturas alrededor el paso de agentes físicos y químicos dañinos. La melade los folículos pilosos pueden actuar como canales para nina producida por los melanocitos en el estrato gerla absorción de estos materiales. minativo oscurece la piel y nos protege del daño de los La piel también tiene un “manto ácido”. Esta aciultravioleta a Ést de los productos químicos rayos ultravioleta. La mayoría dez mata a la mayoría de las bacterias y otros microorÉstas. son las áreas s dispon trav r és ionale pero ibles los para no pueden entrar el cuerpo a profes través de la piel, ganismos entran en contacto con nuestra piel. Los sistemen sist a tegum los indivique entari duos intere productos químicos secretados o: por la hiedra venenosa sados en se jabones y champús a menudo identific fican an por tener el identifi M
L M Los cosmetólogo s, que se pueden desarrollar en el estilistas de cabell maqu o, pueden ocupa r puestos en las televis illaje para artistas y los salones de bellez a. oras, en el cine o en los M
Los dermatólogo s son trastornos de la piel. médicos que se especializan en las enfermedades y en los M
Los alergólogos de la piel y las reacci ones del sistema amatorias inmune. M
Los cirujanos plásticos son médic os que se especi tica para corregir alizan defectos de nacim iento y contrarrestar en las cirugía cosmécimiento. los efectos del enveje M
Las enfermeras también realizan estudios para especi piel. alizarse en el cuidad o de la

PROFESIONAL

LOS SISTEMAS DEL CUERPO TRABAJAN JUNT OS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS: EL SISTEMA TEGUMENTARIO Sistema esquelético M
La vitamina D producida por nuestra piel provee calcio para desarr de ollar huesos fuerte s. Sistema muscular M
La vitamina D ayuda a provee r del calcio necesa para la contracción rio muscular. M
Los músculos faciales generan las expresiones faciales del lengua je corporal. M
Los escalofríos ayudan corporal calentando a controlar la temperatura el cuerpo. Sistema nervioso

M
Los sitios recept

ores de cambios de temperatura y de presión en la piel provee vioso para poder conten n información al sistema nerder con el medio n las glándulas sudorí ambiente. paras. Sistema endocrino M
Las hormonas controlan la secrec ión de sebo produ cido por las glándu las sebáceas. M
Los nervios activa

M
M
Las hormonas

ujo sanguíneo a la piel. controlan la cantid ad de grasa en el tejido subcutáneo.

Sistema cardiovascu

lar íneos la temperatura corpo de la dermis ayudan a regular ral mediante su dilatac constricción. ión o de los vasos sangu íneos en las person de piel clara produ as ce el enrojecimien to de la piel durante la rubori zación .

M
Los vasos sangu M
La dilatación

Sistema linfático

M
La piel es una

barrera la invasión por micro efectiva que actúa en contra de organismos provey primera línea de defensa para el sistem endo de una a inmune. propiedades antim icóticas y antibacteriales. M
El manto ácido de la piel ayuda a prevenir la mayor de las infecciones ía bacterianas. M
El sebo posee

Sistema digestivo

M
La vitamina

D producida ción de calcio y fósforo por la piel genera la absorpor el intestino. calorías pueden ser almacenadas como grasa en el tejido subcutáneo.

M
El exceso de

Sistema respiratorio

M
Los sitios recept

ores en la piel puede n producir cambios en las tasas de respiración.

Sistema urinario M
Los riñones puede n restaurar los nivele electrolitos perdid s os durante la sudora de agua y ción.

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Investiga y explora

entario El sistema tegum CAPÍTULO 6

134

lora Investiga y exp

ASO GUNTAS DE REP

PRE

rmis con sus capas de la epide 1. Enlista las cincones. sistema nombres comu funciones del ibe las cuatro 2. Enlista y descr ro tegumentario. n el mismo núme las personas posee camos * 3. Si todas las piel, ¿cómo expli su en os ? de melanocit distintas razas color entre las diferencias de con ausencia persona que nace una a una * ptible qué 4. ¿Por ríparas será susce de calor? ue de glándulas sudo sición a un choq muerte por expo *

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CASO ESTUDIO DE su una revisión de dermatólogo tras muslo edad, visita a su que se ha desarrollado en su r de 21 años de histoupada por un lunar eado oscuro. Al elaborar su Siesha, una muje Siesha está preoc cada fin de un bronc médico general. voleibol de playa el examen rte que ella tiene n advie juega co os médi no. Tras ella y sus amig derecho. El s durante el invier a menciona que rial clínico, Siesh verano, y utiliza las camas solare un cáncer de piel. te el Siesha podría tener semana duran co considera que del lunar, el médi

Preguntas

? a pudiera tener crees que Siesh ente fatal? cáncer de piel es potencialm 1. ¿Qué tipo de de cáncer que segundo tipo 2. ¿Cuál es el de s peligroso? meno r entra en riesgo cánce tipo de an que se encu 3. ¿Cuál es el ria de Siesha indic tos de la histo r de piel? 4. ¿Qué aspec r de piel? prevenir el cánce presentar cánce las personas para pueden tomar es ucion 5. ¿Qué preca

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Conexión con StudyWARE™ ¡NUEVO! La característica de la herramienta Conexión StudyWARE™ nos dirige a nuevas oportunidades de aprendizaje, tales como prácticas de pruebas, animaciones, imágenes, etiquetado y otros juegos interactivos incluidos en el CD-ROM, ubicado en la parte posterior del libro.

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Cómo utilizar StudyWARE™ para acompañar Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición Requerimientos mínimos del sistema

StudyWARETM para complementar

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Vista w/SP 1. No está disponible para Mac. Procesador: El mínimo requerido por el sistema operativo Memoria: El mínimo requerido por el sistema operativo Espacio en disco duro Resolución de pantalla: 800 × 600 pixeles Unidad de CD-ROM Tarjeta de sonido y dispositivo para escuchar las funciones de audio Flash Player 9. El Adobe Flash Player es gratuito y puede descargarse desde http://www.adobe.com/products/flashplayer/

Donald C. Rizzo

Actividades para el estudiante CD-ROM

Versión 3.0.0 ISBN: 978-607-481-616-7

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Soporte técnico Lunes-Jueves 8:30 a.m. a 6:30 p.m. EST E-mail: [email protected] t2

010

Delm ar, Ce n

S. DO VA ER ES SR CHO gage Learning. DERE

Instrucciones de configuración 1. Inserte el disco en la unidad de CD-ROM. El programa de instalación del StudyWARE™ se iniciará automáticamente. Si no es así, vaya al paso 2. 2. Desde Mi PC, haga doble clic en el icono de la unidad de CD. 3. Haga doble clic en el archivo setup.exe para iniciar el programa.

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Primeros pasos El software StudyWARE™ nos ayuda a aprender términos y conceptos de Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición. Al estudiar cada capítulo en el texto, asegurémonos de explorar las actividades en el capítulo correspondiente en el software. Utilicemos StudyWARE™ como tutor privado para ayudar a aprender el material en el libro de texto Fundamentos de Anatomía y Fisiología, Tercera edición.

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Comenzar es fácil. Sólo hay que instalar el software desde la unidad de CD-ROM y seguir las instrucciones en pantalla. Al abrirlo, se introducen nombre y apellido para que pueda almacenar los resultados de las pruebas. A continuación, se selecciona un capítulo en el menú para realizar un examen o explorar alguna de las actividades.

Menús Se puede acceder a los menús desde donde nos encontremos en el programa. Los menús incluyen cuestionarios y otras actividades.

Pruebas Las pruebas incluyen opción múltiple y rellenar los espacios en blanco. Se pueden realizar tanto a manera de práctica como de prueba. Utilizar el modo de práctica permite mejorar el dominio sobre el material. Se pueden hacer varios intentos para obtener las respuestas correctas, y la retroalimentación inmediata nos dice si la respuesta es correcta o incorrecta y nos explica el porqué, lo cual ayuda a aprender rápidamente. Utilizar el modo de prueba es conveniente cuando estamos listos para probarnos y llevar un registro de los resultados. En el modo de prueba, hay un solo intento para obtener las respuestas correctas, pero podemos hacer cada prueba tantas veces como queramos.

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Resultados See pueden ver los últimos resultados de cada prueba e S iimprimirlos im m para el instructor o maestro.

Actividades A Laa actividades incluyen el etiquetado de imágenes, Las L jju juego de ahorcado, juegos de concentración y campeona natos. ¡Te divierten al mismo tiempo que aumentas el co conocimiento!

Animaciones A Las animaciones ayudan a ampliar el aprendizaje, permitiendo visualizar conceptos relacionados con la Anatomía y la Fisiología.

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Un vistazo a los suplementos: SUPLEMENTO

¿QUÉ ES?

¿QUÉ CONTIENE?

CD-ROM StudyWARE™

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El cuerpo humano OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Definir los términos anatómicos utilizados para hacer referencia al cuerpo en cuanto a direcciones y planos geométricos. 2. Describir las principales cavidades del cuerpo y los órganos que contienen. 3. Explicar qué es una célula. 4. Describir las principales funciones de los cuatro tipos de tejido humano. 5. Enlistar los sistemas principales del cuerpo, los órganos que contienen y sus funciones. 6. Definir los términos anatomía y fisiología. 7. Definir homeostasis.

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C O N C E P T O S C L AV E Anatomía Anterior Caudal Cavidad abdominopélvica Cavidad craneal Cavidad espinal Cavidad pericárdica Cavidad pleural Cavidad torácica Cefálico Coronal Craneal Distal Dorsal Fisiología Frontal

Homeostasis Horizontal Inferior Lateral Medial Mediastino Medio sagital Parietal Patología Posterior Protoplasma Proximal Sagital Sistema cardiovascular Sistema digestivo Sistema endocrino

INTRODUCCIÓN El interés por el cuerpo humano y su funcionamiento probablemente se desarrolló cuando nuestros ancestros empezaron a cuestionarse las razones por las cuales las personas se enfermaban y morían. Todas las culturas anteriores tenían a una persona designada como curandero, quien era responsable de encontrar plantas y hierbas que curaran los trastornos del cuerpo. Este curandero también era responsable de orar e invocar la ayuda de los ancestros para mejorar el proceso de sanación. Conforme las culturas se desarrollaron y la ciencia comenzó a evolucionar, el interés y el conocimiento sobre el cuerpo humano empezaron a avanzar. Leonardo da Vinci, un italiano (1452-1519), fue el primer personaje

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Sistema esquelético Sistema linfático Sistema muscular Sistema nervioso Sistema reproductivo Sistema respiratorio Sistema tegumentario Sistema urinario Superior Tejido conectivo Tejido epitelial Tejido muscular Transversal Ventral Visceral Vísceras

que ilustró correctamente el esqueleto humano con todos sus huesos. El anatomista flamenco Andreas Vesalius (1514-1564) escribió un libro sobre el cuerpo humano, y el anatomista inglés William Harvey (1578-1657) descubrió cómo circula la sangre a través del cuerpo. Éstos son sólo algunos de los muchos contribuyentes que añadieron conocimientos a nuestra comprensión del cuerpo humano y su funcionamiento. La anatomía es el estudio de la estructura o morfología del cuerpo y cómo se organizan sus partes. La fisiología es el estudio de las funciones de las partes del cuerpo, lo que hacen y cómo lo hacen. Estas dos áreas de la organización del cuerpo están tan estrechamente asociadas que es difícil separarlas. Por ejemplo, nuestra boca tiene dientes para morder y masticar mecánicamente los alimentos; una lengua que los saborea y mani3

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

pula, y glándulas salivales que producen saliva, la que a su vez contiene enzimas que degradan los carbohidratos complejos en azúcares simples, comenzando así con el proceso digestivo. La patología es el estudio de las enfermedades del cuerpo. Hoy en día no sabemos todo sobre el funcionamiento del cuerpo humano. Los investigadores actuales siguen descubriendo los misterios de esta compleja unidad que somos nosotros mismos. Para facilitar la uniformidad de términos, los científicos han adoptado cuatro sistemas de referencias básicas para la organización corporal. Estos sistemas son direcciones, planos, cavidades y unidades estructurales. Cuando se refieren a términos de dirección, planos y cavidades, el cuerpo humano se encuentra erecto y mirando hacia el frente (Figura 1-1). Todas las descripciones de localización o posición asumen que el cuerpo se encuentra en esta postura.

TÉRMINOS DE DIRECCIÓN Cuando un anatomista (la persona que estudia las estructuras del cuerpo humano) describe partes del cuerpo, es necesario hacer referencia a su posición respecto al cuerpo como una unidad. Los siguientes términos direccionales se han establecido para facilitar estas referencias. La Figura 1-2 puede funcionar como una guía para observar los términos definidos. El término superior significa por encima. Ejemplo: la cabeza es superior al cuello; la cavidad torácica es superior a la cavidad abdominal. Inferior significa por debajo. Ejemplo: el pie es inferior al tobillo; el tobillo es inferior a la rodilla. Anterior significa hacia el frente. Ejemplo: las glándulas mamarias se encuentran en la parte anterior del tórax. El término ventral también se puede usar en el mismo sentido que el término anterior. Ventral significa del mismo lado que el vientre. Posterior significa hacia

Plano transversal (horizontal)

Plano frontal (coronal)

© Delmar/Cengage Learning

Plano medio sagital

FIGURA 1-1. El cuerpo humano en una posición anatómicamente correcta que ilustra los planos del cuerpo.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

Medial

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Superior

Superior (craneal)

Lateral

Proximal

Anterior (ventral) Posterior (dorsal)

Proximal

Inferior (caudal)

(A)

Inferior

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Distal

Distal

FIGURA 1-2. Términos direccionales en relación a una posición anatómica. (A) Vista anterior del cuerpo. (B) Vista lateral del cuerpo.

la espalda. Ejemplo: la columna vertebral es posterior al tracto digestivo; el esófago es posterior a la tráquea. El término dorsal también puede ser sinónimo de posterior. Dorsal significa en relación al dorso o espalda. Cefálico o craneal significa hacia la cabeza. Es sinónimo de superior. Ejemplo: la cavidad torácica se localiza cefálicamente (o superior) a la cavidad abdominopélvica. Ocasionalmente, caudal es sinónimo de inferior. Sin embargo, caudal significa específicamente hacia la cola, y, como sabemos, los humanos no tienen colas como

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™ podrás realizar un juego interactivo donde indiques los términos direccionales en relación a la posición anatómica.

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adultos, pero sí tenemos colas cuando nos desarrollamos como embriones, tal como lo hacen todos los miembros del filum animal Chordata, al cual pertenecemos. Medial significa cercano a la línea media del cuerpo. Ejemplo: la nariz se encuentra en una posición medial de la cara, el cúbito se encuentra en la porción medial del antebrazo. Lateral significa hacia un lado o distante de la línea media del cuerpo. Ejemplo: las orejas se encuentran en la porción lateral de la cara; el radio es lateral al cúbito. Proximal significa cercano al sitio de unión u origen. Ejemplo: el codo es proximal a la muñeca; la rodilla es proximal al tobillo. Distal significa lejano del sitio de unión u origen. Ejemplo: la muñeca es distal al codo, el tobillo es distal a la rodilla.

PLANOS En ocasiones es útil describir el cuerpo como si éste tuviera superficies geométricas planas llamadas planos (Figura 1-1). Estos términos son muy útiles cuando se describen disecciones para observar el interior de un órgano o el cuerpo como una unidad. Un plano medio sagital divide

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

el cuerpo por la línea media en dos porciones, izquierda y derecha, que tienen la misma proporción. Este plano también se denomina plano medio. Un plano sagital es cualquier plano paralelo al medio sagital o plano medio, dividiendo verticalmente el cuerpo en dos porciones, derecha e izquierda, que no son simétricas. El plano horizontal o transversal es cualquier plano que divide al cuerpo en las porciones superior e inferior. Un plano frontal o coronal es aquel que divide las porciones anterior (o ventral) y posterior (o dorsal) del cuerpo en ángulo recto al plano sagital. En general estos términos se usan cuando se hacen disecciones de órganos para revelar estructuras internas. Un corte a través del eje longitudinal de un órgano se denomina sección longitudinal, y un corte en ángulo recto al eje longitudinal se denomina sección transversal.

Conexión con StudyWARE ™ Observa una animación de los planos cor corporales en tu CD-ROM de StudyWARE™.

CAVIDADES El cuerpo tiene dos cavidades principales: la cavidad dorsal y la cavidad ventral (Figura 1-3). Cada una de éstas se subdivide en cavidades menores. Los órganos de cualquier cavidad se denominan vísceras. La cavidad dorsal contiene órganos del sistema nervioso que coordinan las funciones corporales. Se divide en la cavidad craneal, que contiene el encéfalo, y la cavidad espinal, que contiene la médula espinal. La cavidad ventral contiene los órganos involucrados en el mantenimiento de la homeostasis o un ambiente interno constante que mantiene al cuerpo dentro de un pequeño rango de desviaciones (Figura 1-4). La primera subdivisión de la cavidad ventral es la cavidad torácica, que se encuentra rodeada por la caja torácica. La cavidad torácica contiene al corazón en un saco pericárdico denominado cavidad pericárdica, y los dos pulmones, cada uno cubierto por la membrana pleural, a las cuales nos referimos como las cavidades pleurales. Entre las dos cavidades pleurales se encuentra un espacio llamado mediastino. Éste contiene el corazón, el timo, los vasos sanguíneos y linfáticos, la tráquea, el esófago y los nervios. El diafragma separa la cavidad torácica de la cavidad abdominopélvica.

Cavidad craneal

Cavidad dorsal

Cavidad espinal Diafragma

Cavidad torácica Cavidad abdominal

Cavidad abdominopélvica Unión de los huesos púbicos derecho e izquierdo

División entre la cavidad abdominal y la cavidad pélvica Sacro Cavidad pélvica

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Cavidad ventral

FIGURA 1-3. Las principales cavidades del cuerpo y sus subdivisiones.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

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Laringe Timo Tráquea

Pulmón izquierdo Pulmón derecho Corazón del saco pericárdico Diafragma Hígado Estómago Colon transversal Colon ascendente

Ceco

Intestino delgado

Colon descendente

Apéndice

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Vejiga

FIGURA 1-4. Las cavidades torácica y abdominopélvica del cuerpo y algunos de los órganos que contienen.

La cavidad abdominopélvica es la segunda subdivisión de la cavidad ventral. Contiene los riñones, estómago, hígado, vejiga, intestinos grueso y delgado, bazo, páncreas, y los ovarios y el útero en las mujeres. Se utilizan otros dos términos cuando se habla de las cavidades corporales. El término parietal se refiere a las paredes de una cavidad. Ejemplo: el peritoneo parietal delinea la pared abdominal. El término visceral se refiere a la cubierta sobre un órgano. Ejemplo: el peritoneo visceral cubre los órganos abdominales.

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UNIDADES ESTRUCTURALES Toda la materia viva se compone de células, que son las unidades más pequeñas de la vida. Las células se organizan en tejidos. Los tejidos se organizan en órganos y los órganos son parte de los principales sistemas corporales (Figura 1-5 y Tabla 1-1). La célula es la unidad básica de organización biológica. La parte líquida de una célula se denomina protoplasma. El protoplasma se encuentra rodeado por una membrana limitante, la membrana

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

− Átomo

Hidrógeno y oxígeno

+

H O Molécula

H

Agua

Célula

Célula de músculo esquelético

Tejido

Tejido de músculo esquelético

Tejido conectivo denso (tendón) fuera de caja Órgano

Músculo esquelético de brazo Músculo del bíceps braquial fuera de caja

Tejido de músculo esquelético fuera de caja

Sistema muscular

Organismo

Ser humano

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Sistema de órganos

FIGURA 1-5. Los niveles de organización estructural del cuerpo.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

Tabla 1-1

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Los niveles de organización estructural del cuerpo humano

Nivel estructural

Ejemplo

1. Átomos

Los átomos son las unidades más pequeñas de los elementos, como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno.

2. Moléculas

Las moléculas se forman cuando los átomos se combinan mediante enlaces químicos para formar unidades como el agua, los azúcares y los aminoácidos.

3. Células

Las células son las unidades vivas más pequeñas de organización biológica. Se componen de estructuras que realizan las actividades de la vida, como el núcleo que controla todas las de la célula.

4. Tejidos

Los tejidos se constituyen de células similares que realizan las mismas funciones, como el tejido muscular que causa la contracción y el movimiento.

5. Órganos

Existen cuatro tipos diferentes de tejidos (epitelial, conectivo, muscular y nervioso) que se unen en diferentes proporciones para constituir un órgano como el estómago, el cual mezcla los alimentos con las enzimas digestivas.

6. Sistemas

Un grupo de órganos constituye un sistema corporal, como la nariz, faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones, los cuales componen el sistema respiratorio, cuya función es llevar oxígeno a las células del cuerpo, mientras que elimina el dióxido de carbono gaseoso.

7. Organismo humano

Todos los sistemas de órganos juntos constituyen un ser humano funcional.

celular, también llamada membrana plasmática, la que determina selectivamente qué puede entrar o salir de la célula. Este protoplasma es una solución acuosa, coloidal (que agrupa moléculas de gran tamaño) compuesto de varias proteínas, lípidos, carbohidratos y sales inorgánicas que se organizan en estructuras celulares llamadas organelos. Estos organelos, como la mitocondria, ribosomas y lisosomas, entre otros, se discuten con mayor detalle en el Capítulo 3. Una célula realiza todas las actividades necesarias para mantener la vida, incluyendo el metabolismo, asimilación, digestión, excreción y reproducción (Figura 3-1 del Capítulo 3). Diferentes tipos de células componen un tejido (músculo o hueso). Diferentes tipos de tejido componen un órgano (estómago o corazón). Finalmente, los órganos se agrupan en sistemas (como sistema nervioso o digestivo). Cada sistema del cuerpo tiene alguna función general que mantiene al cuerpo como una unidad. Todos los diversos tejidos del cuerpo se pueden clasificar en una de las siguientes cuatro categorías: epitelial, conectivo, muscular o nervioso. Estudiaremos estos tejidos con mayor detalle en el Capítulo 5. El tejido epitelial cubre superficies y protege (tanto la superficie externa, como la piel; o las superficies internas de órganos, como el intestino), forma glándulas y recubre las cavidades del cuerpo. Se compone de una o más capas de células con muy poco material intercelular. El tejido conectivo une y sirve de soporte a otros tejidos y órganos. En muchos casos se encuentra altamente especializado (sangre, hueso, tejido linfático). Se constituye de diferentes tipos de células que producen varias fibras (elastina y colágena) embebidas en una matriz (sustancia) de material intercelular no vivo. El tejido muscular

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se caracteriza por tener células alargadas (tan largas que generalmente se les llama fibras musculares) que generan movimiento al acortarse o contraerse con fuerza. Existen tres tipos de tejido muscular. El músculo esquelético o voluntario, jala los huesos y causa los movimientos corporales. El músculo liso o involuntario se encuentra en los intestinos, en donde empuja los alimentos hacia el tracto digestivo. También se encuentra en las arterias y las venas, donde empuja la sangre hacia delante. El músculo cardiaco se encuentra sólo en el corazón. También es involuntario y provoca contracciones que bombean la sangre a través de miles de vasos sanguíneos. Finalmente, el tejido nervioso se compone de células nerviosas que forman un sistema coordinado de fibras que conectan las numerosas estructuras sensoriales (tacto, vista) y motoras (musculares) del cuerpo. Los órganos se componen de células integradas en tejidos que tienen una función común (piel, hígado, estómago, corazón, pulmones). Un sistema es un grupo de órganos. El sistema tegumentario se compone de dos capas: la epidermis y la dermis. Incluye la piel, cabello, uñas, glándulas sebáceas y glándulas sudoríparas (Figura 1-6). Sus funciones incluyen el aislamiento del cuerpo, protección del cuerpo de peligros ambientales como la radiación ultravioleta y ciertos químicos, y la regulación de la temperatura corporal y del agua. También tiene sitios receptores para detectar cambios en la temperatura y la presión. El sistema esquelético se compone de huesos, cartílago y estructuras membranosas asociadas a los huesos (ver Figura 1-6). Protege las partes blandas y vitales del cuerpo, así como provee de soporte a los tejidos corporales. Sus huesos actúan como palancas para el movimiento.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

Cabello

Hueso Músculo esquelético Cartílago

Piel

Uñas de los dedos de la mano

Tendón

Articulación

Sistema integumentario piel y órganos accesorios, como cabello, uñas, glándulas sudoríparas y sebáceas.

Sistema esquelético huesos, cartílagos y articulaciones.

© Delmar/Cengage Learning

Uñas de los dedos del pie

Sistema muscular músculo y tendones.

FIGURA 1-6. Los sistemas integumentario, esquelético y muscular del cuerpo.

Este sistema también produce las células sanguíneas en la médula ósea roja y almacena grasas en la médula ósea amarilla. Los huesos almacenan sales minerales como el calcio y el fósforo. El sistema muscular consiste de músculos, fascias (tejido conectivo fibroso), tendones y bursas (sacos fibrosos) (Figura 1-6). El músculo esquelético jala los huesos para permitir el movimiento; el músculo liso empuja la comida a través del tracto digestivo, y la sangre a través del sistema circulatorio; y el músculo cardiaco causa la contracción del corazón.

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El sistema nervioso consiste del encéfalo, médula espinal, nervios craneales, nervios periféricos y las estructuras sensoriales y motoras del cuerpo (Figura 1-7). Sus funciones incluyen controlar, correlacionar y regular los otros sistemas del cuerpo; interpretar los estímulos del exterior; y controlar los sentidos especiales de la vista, oído, olfato y del gusto. El sistema endocrino consiste de las glándulas endocrinas (sin ductos) (Figura 1-7). La glándula maestra, o pituitaria, controla a otras glándulas como las tiroideas, adrenales, los ovarios y los testículos. Estas glándulas producen hormo-

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Hipotálamo

Cerebro Glándula pineal Médula espinal

Glándula pituitaria Arterias

Glándula paratiroidea

Glándula Tiroides

Corazón

Timo Glándulas adrenales

Páncreas (isletas)

Ovarios

Testículos Venas

Sistema nervioso cerebro, médula espinal y nervios.

Sistema endocrino pituitaria, tiroides, paratiroides, timo, glándulas adrenal y pineal, así como porciones del hipotálamo, páncreas, hígado, riñones, ovarios, testículos y placenta. También incluye las secreciones hormonales de cada glándula.

Sistema circulatorio corazón, arterias, venas, capilares y sangre.

© Delmar/Cengage Learning

Nervios

FIGURA 1-7. Los sistemas nervioso, endocrino y cardiovascular del cuerpo.

nas que regulan de manera química las funciones del cuerpo. Este sistema trabaja con el sistema nervioso a través del hipotálamo del cerebro, el cual controla la glándula pituitaria. El sistema cardiovascular, o sistema circulatorio, consiste del corazón, arterias, venas y capilares (Figura 1-7). Su función es bombear y distribuir sangre, que contiene oxígeno y nutrientes, así como los desechos hacia y desde las células del cuerpo.

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El sistema linfático o inmune, se compone de nódulos linfáticos, el timo, el bazo y los vasos linfáticos (Figura 1-8). Su función es drenar los espacios entre los tejidos, del exceso de fluido intersticial y absorber grasas a partir del intestino y llevarla a la sangre. También protege al cuerpo de enfermedades, al desarrollar inmunidad y destruir a la mayor parte de los microorganismos que causan enfermedades.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

Cavidad nasal Cavidad oral (boca)

Nódulo linfático

Timo

Amígdalas Ducto torácico

Faringe (garganta)

Cavidad oral (boca) Laringe Faringe (caja de voz) (garganta) Tráquea

Glándulas salivales Esófago Estómago

Bronquios Pulmones

Bazo

Hígado Vesícula Diafragma

Páncreas

Vasos linfáticos

Intestino grueso Intestino delgado

Sistema linfático o inmune timo, médula ósea, bazo, amígdalas, nódulos linfáticos, capilares linfáticos, vasos linfáticos, linfocitos y linfa.

Sistema respiratorio pulmones, cavidad nasal, faringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos.

© Delmar/Cengage Learning

Ano

Sistema digestivo boca, faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso, glándulas salivales, páncreas, vesícula e hígado.

FIGURA 1-8. Los sistemas linfático (o inmune), respiratorio y digestivo del cuerpo.

El sistema respiratorio se compone de cavidades nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones (Figura 1-8). Lleva oxígeno a la sangre mientras elimina el dióxido de carbono de ésta. El sistema digestivo incluye el tracto digestivo (boca, esófago, estómago, intestinos delgado y grueso, recto y ano) con sus glándulas asociadas (salivales, hígado y páncreas) (Figura 1-8). Su función es convertir el alimento en sustancias más simples que, junto con otros nutrientes, puedan ser absorbidas por las

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células del cuerpo y eliminar los desechos no digeribles. El sistema urinario se compone de dos riñones, dos uréteres, la vejiga y la uretra (Figura 1-9). Sus funciones incluyen la regulación química de la sangre, la formación y eliminación de orina, y el mantenimiento de la homeostasis. El sistema reproductivo consiste de ovarios, tubos uterinos, útero y vagina en las mujeres; y de testículos, vasos deferentes, vesículas seminales, próstata, pene y

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Glándula mamaria

Ducto deferente

Riñón Uréter

Vesícula seminal

Vejiga urinaria

Próstata

Uretra

Tubo uterino

Testículos en el escroto

Vagina

Útero

Sistema reproductivo masculino: testículos, epidídimo, ductos deferentes, ductos eyaculatorios, pene, vesículas seminales, próstata y glándulas bulbouretrales.

© Delmar/Cengage Learning

Vulva

Pene

Sistema urinario riñones, uréteres, vejiga urinaria y uretra.

Ovario

Sistema reproductivo femenino: ovarios, tubos uterinos, útero, vagina, genitales externos y glándulas mamarias.

FIGURA 1-9. Los sistemas reproductivo y urinario del cuerpo.

uretra en los hombres (Figura 1-9). Sus funciones incluyen el mantenimiento de las características sexuales y la perpetuación de nuestra especie.

HOMEOSTASIS La homeostasis es el mantenimiento (dentro de un estrecho margen de límites variables) del ambiente interno del cuerpo. Uno de los primeros científicos que discutió la importancia de la homeostasis en la supervivencia de un

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organismo fue el francés Claude Bernard (1813-1878). La homeostasis es esencial para la supervivencia; por lo tanto, muchos de los sistemas corporales se preocupan por mantener este ambiente interno. Algunos ejemplos de homeostasis son los niveles de azúcar en sangre, la temperatura corporal, tasa cardiaca y el ambiente de fluidos de las células. Cuando se mantiene la homeostasis el cuerpo se encuentra saludable. Ésta es la razón por la que tu doctor te toma la temperatura y la presión sanguínea como parte de un examen rutinario.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

Analizaremos dos ejemplos del mantenimiento de la homeostasis. Después de ingerir una comida, predominante en carbohidratos (ensalada, pan y tal vez alguna fruta), el nivel de glucosa en sangre incrementa dramáticamente debido a la degradación de los carbohidratos complejos en azúcares simples como la glucosa en el sistema digestivo. Las células toman, a partir de la sangre, la glucosa que requieren, pero hay tanta glucosa en la sangre que el páncreas secreta insulina, la cual mueve el exceso de glucosa en la sangre hacia el hígado, donde se almacena en forma de glucógeno o almidón animal. Entre las comidas, cuando los niveles de glucosa en sangre vuelven a la normalidad, el páncreas secreta glucagón, que descompone el glucógeno en glucosa, la cual regresa al sistema circulatorio para su distribución a las células corporales. Por lo tanto, el nivel de glucosa en el plasma sanguíneo permanece en un nivel casi constante, y de esta forma, no permanece elevado después de una comida, ni desciende demasiado en el tiempo que pasa entre éstas. La regulación de la temperatura corporal es otro ejemplo importante de homeostasis. Cuando salimos en un día caluroso de verano y nuestra temperatura corporal se eleva más allá de los 98.6°F (37°C), el hipotálamo del cerebro detecta este cambio y manda señales a varios órganos para que sudemos (sudar es un proceso de enfriamiento). Conforme se excreta agua por las glándulas sudoríparas de la piel, ésta se evapora en el aire (la evaporación es un mecanismo de enfriamiento). Además, nuestros vasos sanguíneos se dilatan para llevar la sangre cerca de la superficie de la piel y así disipar el calor corporal. Cuando nuestra temperatura corporal disminuye por debajo de los 98.6°F (37°C), como cuando salimos en un día frío de invierno, el hipotálamo manda señales a los músculos, causando que tiritemos para elevar nuestra temperatura corporal; también hace que los vasos sanguíneos se contraigan y así conserven el calor del cuerpo. Nuestro cuerpo debe automonitorearse constantemente para corregir cualquier desviación importante en la homeostasis. Lo hace utilizando lo que se conoce como circuito de retroalimentación negativa. Las respuestas de retroalimentación que revisan las perturbaciones de nuestra condición corporal son ejemplos de retroalimentación negativa. Un buen ejemplo de un circuito de retroalimentación negativa es la relación entre el termostato casero y tu horno. Supón que colocas el termostato a una temperatura de 72°F (22°C). Cuando la temperatura en tu casa baja a menos de 72°F, el horno se enciende para elevar la de la casa. Cuando la temperatura sube por encima de los 72°F, el termostato hace que el horno se apague. La retroalimentación positiva es un incremento en la función en respuesta a un estímulo. Por ejemplo, después de la primera contracción durante el parto, el útero continúa contrayéndose con mayor fuerza y frecuencia. Nuestros sistemas orgánicos ayudan a controlar el ambiente interno del cuerpo y las células para que permanezca constante. Nuestros sistemas digestivo, urinario, circulatorio y respiratorio trabajan en conjunto para

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que cada célula reciba la cantidad correcta de oxígeno y nutrientes, y que sus productos de desecho sean eliminados con rapidez para que no se acumulen en niveles tóxicos. Si no se mantiene la homeostasis, el cuerpo puede experimentar enfermedad y eventualmente la muerte.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. Los cuatro sistemas de referencia básica de organización corporal son direcciones, planos, cavidades y unidades estructurales.

TÉRMINOS DE DIRECCIÓN 1. El término superior se refiere a estar por encima de; el término inferior se refiere a estar por debajo de. 2. El término anterior significa hacia el frente; el término ventral es sinónimo de anterior. Posterior significa hacia la espalda o dorso; dorsal es sinónimo de posterior. 3. Cefálico o craneal significa hacia la cabeza; es sinónimo de superior. 4. Medial significa cercano a la línea media; lateral significa hacia un lado. 5. Proximal se refiere a cercano al sitio de unión; distal significa alejado del sitio de unión.

PLANOS 1. Un plano medio sagital o plano medio, divide verticalmente al cuerpo en dos mitades iguales. Un plano sagital es paralelo a un plano medio o medio sagital. 2. Un plano transversal u horizontal divide al cuerpo en las porciones superior e inferior. 3. Un plano frontal o coronal divide las porciones anterior o ventral y posterior o dorsal del cuerpo en ángulos rectos a los planos sagitales.

CAVIDADES 1. El cuerpo tiene dos cavidades principales: la cavidad dorsal y la cavidad ventral. 2. La cavidad dorsal se subdivide en la cavidad craneal, que contiene al encéfalo, y en la cavidad espinal, que contiene la médula espinal. 3. La cavidad ventral se divide en dos cavidades menores. La primera es la cavidad torácica, que contiene al corazón en la cavidad pericárdica y a los dos pulmones, cada uno en una cavidad pleural. La segunda es la cavidad abdominopélvica, que contiene muchos de los órganos digestivos y algunos órganos urinarios y reproductivos.

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

4. El término parietal se refiere a las paredes de una cavidad. 5. El término visceral se refiere a la cubierta de un órgano.

UNIDADES ESTRUCTURALES 1. La célula es la unidad básica para la organización del cuerpo. 2. Distintos tipos de células componen los cuatro tejidos del cuerpo: epitelial, conectivo, muscular y nervioso. 3. Los órganos se componen de células integradas en tejidos que tienen una función común. 4. Un sistema es un grupo de órganos que realizan una función común. 5. El sistema tegumentario incluye la piel, cabello, uñas, así como las glándulas sebáceas y sudoríparas. Se encarga de proteger, aislar y regular la temperatura, así como de la salida de agua. 6. El sistema esquelético incluye huesos y cartílagos. Permite el movimiento, produce las células sanguíneas, almacena las grasas, protege y da soporte. 7. El sistema muscular se compone de músculo esquelético, liso y cardiaco. Origina el movimiento. 8. El sistema nervioso incluye al encéfalo, la médula espinal y los nervios craneales y espinales. Es el sistema encargado de controlar, regular y correlacionar al cuerpo. 9. El sistema endocrino consiste de glándulas endocrinas y sus hormonas. Regula los aspectos químicos del cuerpo, actúa a la par del sistema nervioso. 10. El sistema cardiovascular consiste del corazón, arterias, venas y capilares. Se encarga de distribuir sangre, transportar oxígeno, nutrientes y desechos hacia y desde las células del cuerpo. 11. El sistema linfático o inmune se compone de nódulos linfáticos, vasos linfáticos, el timo y el bazo. Se encarga de drenar tejidos con exceso de fluidos, transportar grasas y desarrollar inmunidad. 12. El sistema respiratorio incluye nariz, faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones. Transporta oxígeno y elimina el dióxido de carbono de la sangre. 13. El sistema digestivo se compone de los órganos del tracto digestivo, desde los labios hasta el ano, así como de sus glándulas asociadas. Convierte los alimentos en sustancias más simples que puedan ser absorbidas, junto con otros nutrientes, por las células del cuerpo.

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14. El sistema urinario incluye riñones, uréteres, vejiga y uretra. Funciona en la regulación química de la sangre. 15. El sistema reproductivo incluye los ovarios, tubos uterinos, útero y vagina, en las mujeres, y testículos, vesículas seminales, próstata, pene y uretra en los hombres. Se encarga de mantener las características sexuales y de perpetuar a la especie.

HOMEOSTASIS 1. La homeostasis es el mantenimiento del ambiente interno del cuerpo dentro de rangos estrechos. 2. Algunos ejemplos de homeostasis son los niveles de azúcar en sangre, temperatura corporal, tasa cardiaca y el ambiente de fluidos de una célula.

PREGUNTAS DE REPASO 1. Nombra los sistemas del cuerpo y sus funciones. Indica los órganos principales de cada sistema. 2. El cuerpo tiene dos cavidades principales, cada una dividida en dos cavidades menores. Haz una lista de ellas y explica el contenido de cada cavidad. *3. Discute cómo el cuerpo mantiene la homeostasis en términos del nivel de glucosa en sangre. *4. Discute cómo el cuerpo mantiene la homeostasis con respecto al mantenimiento de la temperatura corporal normal. 5. Explica qué es una célula. 6. Enlista y define los principales términos direccionales del cuerpo. 7. Enlista y define los tres planos de división del cuerpo. *

Preguntas de pensamiento crítico

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número más apropiado en los espacios en blanco de la columna izquierda. _____ Superior 1. Hacia la parte posterior, _____ Anterior dorsal _____ Inferior 2. Por encima _____ Posterior 3. Hacia un lado o costado _____ Medial 4. Cercano al sitio de unión u _____ Lateral origen _____ Proximal 5. Cualquier plano que divida _____ Distal al cuerpo en porciones superior e inferior 6. Lejano del sitio de unión

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CAPÍTULO 1 El cuerpo humano

_____ Horizontal _____ Medio sagital

7. Hacia el frente, ventral 8. El plano que divide verticalmente al cuerpo en dos porciones iguales, la izquierda y la derecha 9. Hacia el corazón 10. Cercano a la línea media del cuerpo 11. Por debajo 12. Frontal

Investiga y explora Busca en internet los conceptos clave del capítulo para descubrir información adicional y encontrar ejercicios interactivos. Los conceptos clave pueden incluir homeostasis, planos corporales y posiciones anatómicas.

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La química de la vida OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Definir la estructura de un átomo y las partículas subatómicas que lo componen. 2. Enlistar los principales elementos químicos encontrados en los sistemas vivos. 3. Comparar las diferencias entre los enlaces iónicos y covalentes, y saber cómo reaccionan en agua las moléculas formadas ya sea por enlaces iónicos o covalentes. 4. Entender la estructura química básica del agua, dióxido de carbono, amoníaco, sales minerales, carbohidratos, lípidos, proteínas, los ácidos nucleicos ADN y ARN, el compuesto químico ATP y su función en los sistemas vivos. 5. Explicar la diferencia entre difusión, ósmosis y transporte activo, y conocer su papel en el mantenimiento de la estructura y de la función celular. 6. Definir el concepto de pH y su importancia en el cuerpo humano. 7. Explicar por qué el agua es tan importante para el cuerpo. 8. Definir los términos ácido, base y sal. 9. Explicar cómo los números de la escala de pH se relacionan con la acidez y la alcalinidad.

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C O N C E P T O S C L AV E Aceptores de electrones Ácido desoxirribonucleico (ADN) Ácido nucleico Ácido ribonucleico (ARN) Ácido Ácidos grasos Adenosín trifosfato (ATP) Agua Amoníaco Amortiguadores químicos ARN de transferencia ARN mensajero Átomos Base Carbohidratos Catalizadores Compuesto Desoxirribosa Difusión Dióxido de carbono Donadores de electrones Electrones Elemento Energía

Enlace covalente Enlace de hidrógeno Enlace iónico Enlaces peptídicos Enlaces Enzimas Estructura cuaternaria Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Fructosa Glicerol Glucógeno Glucosa Grupo amino Grupo carboxilo Grupo hidroxilo Insaturado Iones Isótopos Lípidos Lluvia ácida Membrana selectivamente permeable Molécula

Movimiento browniano Neutrones Niveles de energía Nucleótidos Número atómico Orbitales Ósmosis Oxígeno molecular pH Pirimidinas Proteínas Protones Purinas Ribosa Sales minerales Saturaciones Solución hipertónica Solución hipotónica Solución isotónica Soluto Solvente Tabla periódica Transportadores de electrones Transporte activo Triacilglicerol

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

INTRODUCCIÓN

ESTRUCTURA ATÓMICA Los átomos son las partículas más pequeñas de un elemento que mantienen todas sus propiedades y que, gracias a sus electrones, participan en las reacciones químicas. Cada átomo consiste de un núcleo de protones y neutrones, es relativamente pesado y compacto. Partículas más ligeras llamadas electrones, orbitan el núcleo a cierta distancia de su centro. Los electrones prácticamente no tienen peso y cada uno acarrea una carga eléctrica negativa (–). Los núcleos atómicos están compuestos de protones y neutrones, con la excepción del núcleo de hidrógeno, que cuenta únicamente con un protón (Figura 2-1). Cada protón y cada neutrón tienen una unidad de peso atómico que es casi 1 800 veces más pesada que un electrón. Por lo tanto, el peso de un átomo es el resultado casi en su totalidad de la suma del peso atómico de sus protones y neutrones. Los protones tienen cargas positivas (+), mientras que los neutrones no tienen carga. Las cargas iguales se repelen —se alejan unas de las otras—; es por esto que,

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Protón

Electrón © Delmar/Cengage Learning

Debido a que todas las estructuras del cuerpo (células, tejidos y órganos) están compuestas de sustancias químicas, es necesario tener un entendimiento básico de la ciencia de la Química. Aunado a eso, el cuerpo funciona por medio de reacciones químicas. Por ejemplo, en el proceso digestivo, los alimentos complejos se descomponen a través de reacciones químicas cuyos productos son sustancias más simples, tales como azúcares que pueden ser absorbidos y usados por las células del cuerpo. Posteriormente, estas sustancias simples son transformadas en otro tipo de combustible químico, el adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina (ATP), que le permite a las células del cuerpo realizar trabajo y funcionar. La Química es la ciencia que estudia los elementos, sus compuestos, las reacciones químicas que ocurren entre elementos y compuestos, y la estructura molecular de toda la materia. Los estudiantes de Anatomía necesitan contar con un conocimiento básico de este campo de estudio. Este capítulo te introduce a algunos principios básicos de Química que te ayudarán en la comprensión de la anatomía y fisiología humanas. Para entender el cuerpo humano, es necesario entender las bases químicas de la vida. Daremos un vistazo a la estructura del átomo, a la interacción entre ellos para formar compuestos y la forma en que estos compuestos conforman los bloques de construcción de la vida. Toda la materia viva e inanimada está conformada por materia. La materia está compuesta de elementos que son sustancias primarias a partir de las cuales todas las demás cosas están construidas. Los elementos no pueden ser destruidos para formar sustancias más simples. Hay 92 elementos que se encuentran de manera natural. Sin embargo, se han creado otros tantos de manera artificial en el laboratorio.

Hidrógeno (H)

FIGURA 2-1. El átomo de hidrógeno es único porque en su

núcleo solamente contiene un protón.

cuando cepillas tu cabello en un día seco, cargas iguales se acumulan en el cepillo y en tu cabello, haciendo que éste se aleje del cepillo. Por el contrario, cargas distintas se atraen; la adherencia que tiene la ropa recién salida de una secadora se debe a la atracción de cargas distintas.

ELEMENTOS, ISÓTOPOS, COMPUESTOS Cada elemento posee un número de protones distintivo. Un elemento es una sustancia en la cual todos sus átomos contienen el mismo número de protones y electrones. Debido a que el número de protones es igual al número de electrones, un átomo es eléctricamente neutro. La teoría que sugirió que toda la materia consiste de átomos fue propuesta en 1808 por John Dalton (17661844). Él declaró que los átomos eran los responsables de las combinaciones de elementos encontradas en los compuestos. La teoría atómica fue desarrollada a partir de su propuesta. Esta teoría atómica propuso que: ● Toda la materia está compuesta de pequeñas partícu●

● ● ●

las llamadas átomos. Todos los átomos de un elemento dado son similares entre sí pero diferentes de los átomos de otros elementos. Los átomos de dos o más elementos se combinan para formar compuestos. Una reacción química involucra el reacomodo, la separación o la combinación de átomos. Los átomos nunca son creados o destruidos durante una reacción química.

En los átomos de algunos elementos, el número de neutrones varía. El carbono es el elemento presente en toda la materia viva. La vida en la Tierra está basada en el átomo del carbono. De hecho, toda una rama de la Química llamada Química Orgánica estudia la naturaleza del átomo del carbono y sus reacciones químicas. Diferentes átomos de carbono pueden tener diferentes números de neutrones. Los átomos de carbono pueden

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

tener uno de tres pesos atómicos diferentes —12, 13 o 14— dependiendo del número de neutrones. Los tipos de átomos distintos de un mismo elemento se conocen como isótopos y son designados como C12, C13 y C14. Cada uno de estos isótopos contiene seis protones y seis electrones, pero C12 tiene seis neutrones, C13 tiene siete neutrones y C14 tiene ocho neutrones. El C14 es ligeramente radiactivo y se usa para estimar la edad de los restos fósiles de humanos. Un isótopo radiactivo de iodo (yodo) es usado para tratar trastornos de la glándula tiroides. El número atómico es el número de pro-

H Hidrógeno

tones o el número de electrones. En la segunda mitad del siglo XVII, los científicos descubrieron similitudes en el comportamiento de los elementos conocidos. Fue un químico ruso, Dimitri Mendeleev (1834–1907), quien sugirió que los elementos podían ordenarse en grupos que mostraran propiedades físicas y químicas similares. Fue gracias a su trabajo que se escribió la moderna tabla periódica de los elementos, la cual ordena los elementos de manera creciente según su número atómico, de tal forma que propiedades similares se repiten en intervalos periódicos (Figura 2-2).

Número atómico

1

Nombre químico N Nitrógeno

7 O Oxígeno

Número de e– en cada nivel de energía

Masa atómica

1 Masa at. 1.00

Mg Magnesio

12

C Carbono

6

2•5 Masa at. 14.00

H Na Sodio

11 Li

Be

Na Mg

K

2•8•1 Masa at. 22.99 K Potasio

2•8•2 Masa at. 24.30

Ca Sc Ti

Rb Sr

19

Y

Zr

V

2•4 Masa at. 12.01

Cr Mn Fe Co Ni

Ca Ra (A) Calcio

Re Os Ir

N

O

F

Ne

Al

Si

P

S

Cl

Ar

Pt

Ac 2•8•8•2 Masa at. 40.08

2•6 Masa at. 16.00

Cl Cloro

17

Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Sb Te

P Fósforo

Xe

15

Sm Eu Go 2 • 8 • 5 Masa at. 30.97

(L)

(A)

C

20

La 2•8•8•1 Masa at. 39.10

B

Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In

Cs Ba (L) Hf Ta W

Fr

8

Bi

Pg At Rn S Azufre

16

Tm Y

2•8•6 Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md N Masa at. 32.06

Tabla periódica

2•8•7 Masa at. 35.45

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Símbolo químico

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FIGURA 2-2. La tabla periódica de los elementos.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

En resumen, los protones y neutrones conforman el núcleo de un átomo; los electrones orbitan el núcleo. Es imposible conocer exactamente dónde se encuentra un determinado electrón en un momento dado, pero el área en la que se le puede encontrar se conoce como la órbita del electrón. Las órbitas se agrupan y forman niveles de energía que consisten de electrones. Los niveles pueden contener más de un electrón. Por esto, los átomos son representados como núcleos redondos (que contienen protones y neutrones) rodeados por círculos concéntricos que representan los niveles de energía. El carbono tiene dos electrones en el primer nivel y cuatro en el segundo nivel. El hidrógeno solamente cuenta con un nivel y en éste se alberga un solo electrón. El oxígeno tiene dos electrones en su primer nivel y seis electrones en el segundo.

Na

Cl

Átomo de sodio

Átomo de cloro

+ Na

Cl -

ENLACES Y ENERGÍA Los átomos se combinan químicamente entre ellos y forman enlaces. Los enlaces químicos se forman cuando los electrones más externos son transferidos (ganados o perdidos) o compartidos entre los átomos. Cuando los átomos de dos o más elementos diferentes se combinan así, forman un compuesto (como el agua, H2O). El símbolo H2O también representa una molécula, que es la combinación más pequeña o partícula que retiene todas las propiedades del compuesto mismo. Existen distintos tipos de enlaces, uno de ellos es el enlace iónico. Este tipo de enlace se forma cuando un átomo gana electrones de otro átomo que los pierde de su nivel u órbita más externa. Los átomos que ganan electrones adquieren carga negativa, mientras que aquellos que los pierden, se cargan positivamente. Esto es, si cada uno de ellos era eléctricamente neutro originalmente. Estos nuevos átomos con carga son llamados iones. Los iones cargados negativamente (Cl–, por ejemplo) son atraídos a los iones positivamente cargados (Na+). La fuerza resultante que une estos iones es un enlace iónico. Haciendo referencia a la Figura 2-3, notarás que el átomo de sodio tiene su primer nivel de energía completamente lleno con dos electrones, un segundo nivel totalmente lleno con ocho electrones, pero sólo un electrón en el tercer nivel. El átomo de cloro tiene el nivel más interno (primer nivel) completamente lleno con dos electrones, un segundo nivel lleno con ocho electrones, pero sólo siete en su tercer nivel. Debido a que ocho electrones llenan el nivel más externo del átomo para formar el enlace iónico, el sodio pierde su electrón para cederlo al nivel de energía externo del átomo de cloro, llenando así el nivel más externo del átomo de cloro con ocho electrones. El compuesto resultante, cloruro de sodio (Na+Cl–), es la sal de mesa común formada por un enlace iónico, manteniéndose unida por la atracción de cargas eléctricas opuestas de los iones. Cuando se sumergen en agua, los compuestos que se mantienen como tales debido a enlaces iónicos, tienden a separarse o disociarse en los iones que los constituyen debido a la atracción de la molécula del agua (la cual discutiremos más adelante en este capítulo).

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+

_ Ion de sodio

Ion de cloro

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FIGURA 2-3. La formación de un enlace iónico entre el sodio

y el cloro forma Na+Cl– (cloruro de sodio o sal de mesa).

Muchas sustancias requeridas por las células humanas existen en la naturaleza en forma de iones. Algunos ejemplos son las sales minerales como sodio, cloro, potasio, calcio y fosfato. Un segundo tipo de enlace comúnmente encontrado en muchas moléculas es el enlace covalente. En este tipo de enlace, los átomos comparten electrones para llenar o completar sus niveles externos de energía. Las moléculas que contienen enlaces covalentes no se disocian cuando son sumergidas en agua. Cuatro de los elementos más importantes encontrados en las células forman este tipo de enlaces. Éstos son carbono (C), oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). Dichos elementos constituyen alrededor del 95% de los materiales encontrados en las células. Todas las moléculas de gran tamaño que se encuentran en una célula, y muchas de sus moléculas más pequeñas, contienen dichos enlaces; por ejemplo, la formación del enlace covalente entre dos átomos de hidrógeno da como resultado el compuesto gas de hidrógeno (H2) (Figura 2-4). Otro tipo de enlace son los puentes de hidrógeno. Éstos son enlaces muy débiles y ayudan a mantener juntas las moléculas del agua formando un puente entre el átomo negativo de oxígeno de una molécula y los átomos positivos de hidrógeno de otra. Los puentes de hidrógeno también ayudan a unir varias partes de una molécula de manera que adquieran una conformación tridimensional como puede ser una molécula de proteína como una enzima. Los elementos o moléculas que proporcionan electrones durante una reacción son llamados donadores de electrones (ejemplo: sodio); aquellos que ganan electrones durante el proceso se conocen como aceptores de electrones (ejemplo, el cloro cuando se forma la sal).

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

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SUSTANCIAS COMUNES EN LOS SISTEMAS VIVOS

+

Existen 10 sustancias comunes encontradas en los sistemas vivos: agua, carbono, dióxido de carbono, oxígeno molecular, amoníaco, sales minerales, carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y trifosfato de adenosina.

Hidrógeno (H)

Hidrógeno (H)

H

H

H

H

FIGURA 2-4. La formación de compuestos mediante enlaces

covalentes. Algunas moléculas muy especiales ganarán electrones únicamente para perderlos a favor de otra molécula en un periodo muy corto; éstos son designados como transportadores de electrones. Estas moléculas se discutirán en el Capítulo 4 y son muy importantes en la formación de la molécula energética ATP. Los enlaces contienen energía, es decir, la habilidad para realizar trabajo. Esto resulta de la interacción de los electrones y los núcleos de los átomos que se encuentran unidos. Si medimos la cantidad de energía presente entre dos átomos, descubrimos que varía a medida que cambia la distancia entre ellos. Cuando los átomos están cerca uno del otro, las trayectorias de sus electrones se superponen. La repulsión natural entre estos electrones negativamente cargados tiende a separar a los átomos. De manera que la energía necesaria para mantenerlos juntos es relativamente alta. Este tipo de enlace contiene un alto grado de energía. Si rompemos estos enlaces, como en la degradación de una molécula de glucosa (C6H12O6) dentro de una célula, los transportadores de electrones en el interior de la célula usarán la energía de los electrones liberados para construir una molécula de ATP. El ATP es la molécula de alta energía que sirve como el combustible que las células necesitan para funcionar. Esta molécula de alta energía es llamada trifosfato de adenosina y está siendo sintetizada y degradada constantemente para liberar su energía en la realización del trabajo de las células. Se abrevia como ATP. Se sintetiza mediante la adición de un fosfato al difosfato de adenosina. Cuando se descompone (ATP → ADP + PO4), libera la energía contenida en el enlace que mantiene con el difosfato. Este tema se discutirá a detalle en el Capítulo 4.

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El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos, aproximadamente entre el 60 y el 80%, el plasma sanguíneo es la porción líquida de la sangre y está compuesto en un 92% por agua. El agua es una molécula simple compuesta por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno unidos por un enlace covalente. Debido a que el átomo de oxígeno es más electronegativo que los de hidrógeno, esto significa que el agua es una molécula polar, pues tiene una carga parcial negativa y otra positiva (Figura 2-5). Esta característica única determina el por qué los enlaces iónicos moleculares se disocian en agua. Los iones con carga negativa (ej., el cloruro) son atraídos por la carga positiva de los átomos de hidrógeno, y los iones con carga positiva (ej., el sodio) son atraídos por la carga negativa de los átomos de oxígeno. De este modo los enlaces iónicos moleculares de la sal se disocian en agua. El agua cumple varias funciones en las células. Participa en algunas reacciones, como la de fotosíntesis en las células de las plantas, la cual provee a nuestra atmós-

+

+

Hidrógeno (H)

Hidrógeno (H)

Oxígeno (O)

+

Parte de oxígeno Carga parcial negativa en el extremo de oxígeno de la molécula

Partes de hidrógeno Carga parcial positiva en el extremo de hidrógeno de la molécula

Molécula de agua (H2O) o H O H

+

H O H

© Delmar/Cengage Learning

o

© Delmar/Cengage Learning

Agua

FIGURA 2-5. La particularidad de la molécula de agua.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

fera de oxígeno molecular; y como la de respiración en las células animales como en las células de las plantas, proceso mediante el cual se produce energía. Fotosíntesis: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Respiración: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 6H2O + energía en forma de ATP La digestión de los alimentos requiere de agua para degradar las moléculas más grandes. Este proceso se conoce como hidrólisis. El agua sirve como medio o solvente para otras reacciones, por eso es a menudo referida como el solvente universal. La química de la vida está dominada por la química del agua. Las reacciones químicas ocurren en las células, entre átomos individuales, iones, o moléculas, no entre grandes agregados de estas partículas. Las reacciones químicas suceden cuando estas partículas se mueven en agua y se encuentran con otras partículas. Además de eso, el agua es la base para el transporte de materiales tales como las hormonas y las enzimas presentes en el plasma celular. El agua también absorbe y libera grandes niveles de calor antes de que su temperatura cambie, ayudando así a controlar la temperatura corporal. El ejercicio vigoroso libera calor de las células musculares en contracción que es absorbido por el agua de otras células y lo libera después. Por otra parte, el agua es parte del líquido amniótico que protege al feto en desarrollo. También forma parte del líquido cefalorraquídeo que protege al cerebro y la médula espinal, funcionando como un amortiguador de impactos. Finalmente, el agua es la base para todos los lubricantes del cuerpo tales como el moco del tracto digestivo y del líquido sinovial de las articulaciones.

Dióxido de carbono La pequeña molécula de dióxido de carbono (CO2) contiene un átomo de carbono unido de manera covalente a dos átomos de oxígeno. Es generado como un producto residual de la respiración celular y debe ser eliminado rápidamente del cuerpo a través de la exhalación por medio de los sistemas respiratorio y cardiovascular. El dióxido de carbono también es necesario para la fotosíntesis que realizan las células de las plantas para convertir la energía radiante del sol en energía química útil, como la glucosa tanto para células de plantas como de animales. Es también fuente de carbono encontrado en todos los compuestos orgánicos de los sistemas vivos. Si el dióxido de carbono se acumula en las células, se vuelve tóxico formando ácido carbónico al reaccionar con el agua. Por ello, lo exhalamos rápidamente de los pulmones.

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Oxígeno molecular El oxígeno molecular (O2), se forma cuando dos átomos de oxígeno se unen de manera covalente y es requerido por todos los organismos que respiran aire. Es necesario para convertir la energía química (alimentos), y la que se encuentra en una molécula de glucosa (C6H12O6), en otra forma de energía química, el ATP, que puede ser utilizada por las células para realizar su trabajo. Debido a que el O2 es un producto de la fotosíntesis, resulta evidente qué tan dependientes somos los animales de las plantas para nuestra sobrevivencia. Sin las plantas no habría oxígeno molecular en nuestra atmósfera, y sin O2 no habría vida en nuestro planeta tal y como la conocemos. Gracias a los diferentes tipos de plantas que habitan nuestro planeta, el nivel de O2 en la atmósfera se mantiene en un nivel casi constante (alrededor de 21% del gas en la atmósfera es oxígeno).

Amoniaco La molécula de amoníaco (NH3) proviene de la degradación de las proteínas por medio del proceso digestivo y de la conversión de aminoácidos a moléculas de ATP en el proceso de respiración celular. Nótese que un elemento importante presente en el amoníaco es el nitrógeno. Éste es un elemento esencial en los aminoácidos, es decir, en las unidades básicas que forman las proteínas. Ya que incluso una pequeña cantidad de amoníaco es dañina para las células, el cuerpo humano debe eliminar rápidamente este material. Por medio de enzimas, el hígado convierte el amoníaco tóxico en una sustancia inofensiva llamada urea. Debido a que la urea es soluble en agua, la sangre la lleva a los riñones para ser filtrada y eliminada del cuerpo como orina. El amoníaco es un constituyente común en los fertilizantes ya que muchas plantas pueden utilizar el NH3 como fuente de nitrógeno para la síntesis proteica.

Sales minerales Las sales minerales están compuestas de iones pequeños. Éstos son esenciales para la supervivencia y el funcionamiento de las células del cuerpo. Funcionan en numerosas formas como porción de algunas enzimas o como parte del ambiente celular necesario para la acción de una enzima o de una proteína. El calcio (Ca+) es necesario para la contracción muscular y la transmisión nerviosa así como para formar huesos fuertes. Es el quinto elemento más abundante en el cuerpo. El fosfato (PO4–) es necesario para producir la molécula de alta energía ATP. El cloro (Cl–) es necesario para la transmisión nerviosa. De igual manera, el sodio (Na+) y el potasio (K+) también son necesarios para la contracción de las células musculares y la transmisión nerviosa.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

Carbohidratos Los carbohidratos están compuestos por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción 1:2:1 (como glucosa o C6H12O6, por ejemplo). Los carbohidratos más pequeños son los azúcares simples que no pueden hacerse reaccionar con agua para producir otra forma más simple. Los azúcares son generalmente cadenas de cinco o seis átomos de carbono. La ribosa y la desoxirribosa son los azúcares importantes de cinco carbonos, las cuales forman parte de las moléculas de los ácidos nucleicos, ARN y ADN. Los azúcares importantes de seis carbonos son la glucosa y la fructosa (el sufijo osa denota un azúcar) (Figura 2-6). Nótese la repetición de la unidad H-C-OH en la molécula. Esto es típico de los azúcares. El glucógeno (almidón animal), la celulosa (el material de la pared celular de una célula vegetal que conforma la fibra en nuestra dieta), la quitina (el exoesqueleto de artrópodos como los insectos y las langostas), así como muchos otros carbohidratos complejos, son formados por la unión de cierto número de moléculas de glucosa. Además de la glucosa, existen otros azúcares de seis carbonos. Las combinaciones de estos azúcares con la glucosa resulta en otra serie de azúcares conocidos comúnmente, como el disacárido sacarosa o azúcar de mesa.

Los carbohidratos tienen dos funciones importantes: como almacenamiento de energía (azúcares, almidón, glucógeno) y en el fortalecimiento celular (la celulosa de las paredes celulares en las plantas y la quitina en el exoesqueleto de los artrópodos). La función más común de los carbohidratos es la de almacenamiento de energía.

Lípidos Existen diferentes tipos de lípidos. Los lípidos son sustancias insolubles en agua. Las grasas, fosfolípidos, esteroides y prostaglandinas son ejemplos de estos diferentes tipos de moléculas. Nos concentraremos en las grasas, que son un tipo importante de lípidos. De las grasas del cuerpo, 95% son triglicéridos, ahora llamados triacilgliceroles. Consisten de dos tipos de unidades básicas: glicerol y ácidos grasos. El glicerol es una molécula simple, similar a un azúcar, excepto que tiene una cadena formada únicamente por tres carbonos. Cada carbono de la cadena está unido a un hidrógeno y a un grupo hidroxilo (–OH) así como a los carbonos de la cadena (Figura 2-7). Los ácidos grasos están compuestos de cadenas largas de átomos de carbono de distintas longitudes. Todos los

CH2OH

H OH

H

H

H

CH2OH

OH

OH

H OH

+ H2O

HO

O

HO

H

H

O H OHCH2 O

O H

HO1CH2 O

H

+ OH

HO H

H

Sacarosa

2H

HO

OH

HO 5

3

CH2OH

4

OH

Glucosa

H © Delmar/Cengage Learning

CH2OH H

25

6

H

Fructosa

FIGURA 2-6. La estructura química de los azúcares, glucosas y fructosas de seis carbonos. Cuando se combinan producen el disa-

cárido sacarosa.

H

H

C

C

OH

HO

OH

HO

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

O

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

OH

H Glicerol

H

H

H

H

C

C

O

O

O

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

O

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

O

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

Enzimas

+ H

H

HO

H

H

H

H

H

O

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

Ácidos grasos

3H2O H

H

C H

O

Molécula de triglicérido

H

© Delmar/Cengage Learning

H

O

FIGURA 2-7. La estructura de un triglicérido se compone de una molécula de glicerol y de ácidos grasos.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

átomos de carbono están unidos a átomos de hidrógeno excepto el átomo de carbono localizado en un extremo de la cadena. Este átomo de carbono está unido al grupo carboxilo (–COOH), el cual hace a estas moléculas ligeramente ácidas. La mayoría de los ácidos grasos que se encuentran en la naturaleza tienen un número par de átomos de carbono, de 14 a 18. Un ácido graso es saturado si contiene únicamente enlaces covalentes simples como los que se encuentran en la leche entera, mantequilla, huevos, carne, puerco así como en los aceites del coco y de las palmas. Un gran número de estos ácidos grasos contribuyen a enfermedades cardiovasculares. Las grasas saturadas tienden a ser sólidas a temperatura ambiente. Sin embargo, si la cadena de carbono contiene uno o más enlaces covalentes dobles entre los átomos de carbono, es un ácido graso insaturado. Estos ácidos grasos son buenos para ti y se encuentran en la semilla de girasol, de maíz y en aceites de pescado. Las grasas insaturadas tienden a ser líquidas a temperatura ambiente. Las grasas realizan varias funciones importantes en el cuerpo. Al igual que los carbohidratos, éstos contienen energía química almacenada. La grasa que se encuentra por debajo de la piel actúa como un aislante para prevenir la pérdida de calor. Cualquier animal que vive en las regiones Ártica o Antártica (osos polares, focas, ballenas o pingüinos) cuenta con una capa gruesa de grasa aislante. La joroba del camello es un depósito grueso de grasa que protege a los órganos internos de las excesivas elevaciones de temperatura en el ardiente desierto. La grasa también protege directamente a los órganos, como la capa que se encuentra alrededor de los riñones y que los protege de sacudidas severas.

Proteínas Las proteínas están compuestas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno unidos de manera covalente. La mayoría de las proteínas también contienen azufre. Las unidades básicas que constituyen las proteínas son 20 aminoácidos distintos. Éstos difieren, tanto en la longitud de sus cadenas de carbono, como en los átomos conectados a dicha cadena. En común, cada aminoácido cuenta con un grupo carboxilo (–COOH), un grupo amino (–NH2), un átomo de hidrógeno y un grupo funcional R. El grupo R se refiere a los átomos que los hacen diferentes y a la longitud de su cadena (Figura 2-8). Los aminoácidos se unen entre sí mediante la formación de enlaces covalentes para sintetizar las proteínas. Nos referimos a estos enlaces como enlaces peptídicos (Figura 2-9). Las proteínas funcionan de maneras diversas e importantes en el cuerpo humano. Muchas proteínas son estructurales. Forman parte de las estructuras membranosas de una célula: la membrana plasmática, la membrana nuclear, el retículo endoplásmico y la mitocondria. Además de ello, algunas proteínas, como la actina y la miosina, son proteínas estructurales que se encuentran en una célula muscular. No podríamos movernos, hablar, caminar, digerir o hacer circular sangre sin la actina y la miosina. Las reacciones químicas

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al interior de una célula le permiten funcionar apropiadamente. Estas reacciones químicas no ocurrirían en las células sin la asistencia de las enzimas. Las enzimas son proteínas catalizadoras, que incrementan la tasa de una reacción química sin ser afectadas por la misma. Además de esto, nuestro sistema inmune funciona debido a que los anticuerpos, que son proteínas de alto peso molecular, son creados para combatir proteínas ajenas que entran al cuerpo llamadas antígenos. Algunos ejemplos de estas proteínas ajenas son las que se encuentran en las membranas celulares de las bacterias, en las cápsulas proteicas de los virus, y en los flagelos bacterianos. Finalmente, las proteínas son también una fuente de energía que puede ser convertida en ATP tal como los carbohidratos y las grasas. Las proteínas también pueden clasificarse en términos de su estructura (Figura 2-10). La estructura primaria de una proteína está determinada por su secuencia de aminoácidos. La estructura secundaria está determinada por los puentes de hidrógeno entre aminoácidos que causan que ésta adquiera forma helicoidal o de hoja laminada. Esta forma es crucial para su funcionamiento. Si esos puentes de hidrógeno son destruidos, la proteína deja de ser funcional. Los puentes de hidrógeno pueden destruirse por altas temperaturas o por un ambiente muy ácido, resultando en cambios en el pH. La estructura terciaria es un plegamiento secundario causado por las interacciones entre los enlaces peptídicos y entre los átomos de azufre de diferentes aminoácidos. Los cambios que afecten esta estructura pueden afectar también la función de la proteína. Finalmente, la estructura cuaternaria es determinada por las relaciones espaciales entre unidades individuales.

Ácidos nucleicos Dos ácidos nucleicos muy importantes se encuentran en las células. El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el material genético de las células localizado en el núcleo de las mismas; éste determina todas las funciones y características de la célula. El ácido ribonucleico (ARN) está relacionado estructuralmente al ADN. Dos tipos importantes de ARN son el ARN mensajero y el ARN de transferencia, los cuales son moléculas importantes y necesarias para la síntesis proteica (discutida en el Capítulo 3). Los ácidos nucleicos son moléculas muy grandes que se componen de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y de átomos de fósforo. La estructura básica de un ácido nucleico es una cadena de nucleótidos. La molécula del ADN es una doble cadena helicoidal; mientras que las moléculas de ARN son cadenas sencillas de nucleótidos. Un nucleótido es una combinación compleja de un azúcar (desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN), una base nitrogenada y un grupo fosfato unido al azúcar. Existen dos categorías de bases nitrogenadas, las cuales consisten de una compleja estructura de átomos de carbono y de átomos de nitrógeno con forma de anillo. Las purinas consisten de un anillo doble fusionado de nueve átomos.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

Estructura general

27

Propiedad especial de la estructura CH3 S

R H2N

C

C

H

O

OH

CH2

CH2

CH2

CH

OH H2N

N

Grupo amino

C

SH

CH2

CH2

C

C

H

O

OH

H2N

C

C

OH

H

O

O

H Prolina (pro)

Grupo carboxilo

CH2

Metionina (met)

Cisteína (cys)

No aromáticos

Aromáticos

No polares

CH3 CH3 CH3

CH3

CH3

CH2

CH

CH3

CH

CH2

H

C

CH3

H2N

C

C

NH C

C

OH

H2N

H O Alanina (ala)

C

C

OH

H2N

C

C

H O Valina (val)

OH

H O Leucina (leu) O

CH3

OH H H2N

CH2

C

C

OH

C H O Isoleucina (ile)

Polares sin carga NH3

O

H2N

H O Glicina (gly)

C

C

OH

H

C

OH

H2N

C

C

H O Serina (ser)

OH

H2N

H O Treonina (thr)

CH2 CH2 OH

H2N

H O Asparagina (asn)

C

CH2

OH

H2N

NH2

N

CH2

C

C

N

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 H

CH2

CH2

C

C

OH

H O Ácido glutámico (glu)

H2N

OH

C

C

CH2

CH

OH

H O Ácido aspártico (asp)

H2N

C

C

OH

H2N

H O Histidina (his)

C

C

OH

H2N

C

C

OH

H O Triptófano (trp) OH

C

OH CH2 H2N

C

C

OH

H O Tirosina (tyr)

NH

NH

HC O

CH

CH2

H O Fenilalanina (phe)

NH2 C

C

C

H O Glutamina (gln)

Polares con carga

O

H2N

NH2

CH2 C

CH2

C

C

C

OH

CH2

C

H O Lisina (lys)

OH

H2N

C

C

OH

H O Arginina (arg)

© Delmar/Cengage Learning

H2N

FIGURA 2-8. La estructura general de un aminoácido y la lista de 20 aminoácidos que se encuentran en el cuerpo humano.

Las dos bases nitrogenadas púricas son la adenina y la guanina. Las pirimidinas consisten de un anillo sencillo de seis átomos. Las tres bases nitrogenadas pirimídicas son la tiamina, la citosina y el uracilo (Figura 2-11). La molécula de ADN contiene adenina, tiamina, guanina y citosina. La molécula de ARN sustituye la tiamina por uracilo y también contiene adenina, citosina y guanina. En la molécula de ADN, la adenina se une a la tiamina, mientras que la citosina se une a la guanina para la formación de la doble cadena helicoidal. Discutiremos esta estructura a detalle en el Capítulo 4.

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Trifosfato de adenosina El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP) es la molécula de alta energía o el combustible que hace funcionar la maquinaria celular. Todo el alimento que ingerimos (el cual ya es una forma de energía química) debe ser transformado a otra forma de energía química (ATP) que le permite a nuestras células mantenerse, repararse y reproducirse. La molécula de ATP consiste del azúcar ribosa, de la purina adenina y de tres grupos fosfato (Figura 2-12). La energía de la molécula es alma-

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28

CAPÍTULO 2 La química de la vida

Grupo carboxilo

HO

Grupo amino

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

H

Grupo carboxilo

+

HO

Grupo amino

O

R

C

C

N

O

R

C

C

N

H

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

H

H2O

HO

Grupo amino

O

R

C

C

N H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

O

R

C

C

N

H

H

H

© Delmar/Cengage Learning

Grupo carboxilo

FIGURA 2-9. Formación de enlaces peptídicos para formar una proteína.

Lys

Asn

Gly

Thr

Gln

Asn

Cys

Tyr

Gln

Ser

Estructura primaria

Cadena polipeptídica

Hélice α

Lámina b-plegada Estructura secundaria Puente de hidrógeno

Estructura terciaria

Estructura cuaternaria

© Delmar/Cengage Learning

Puente disulfuro

FIGURA 2-10. Los cuatro niveles de la estructura proteica.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

HOCH2 O H

H

H

(A)

HOCH2 O

OH

OH

OH

H H

29

H

(B) H

H

H

OH

Desoxirribosa

OH

Ribosa O

(C)

–O

P

O

Base nitrogenada

CH2 O

–O Grupo fosfato

Desoxirribosa OH

(A)

Purinas

Pirimidinas Adenina (ADN y ARN)

NH2 C N

C C

N C

H

C

Timina (únicamente ADN)

O

C

H

N

O

C

C

CH3

C

H

H

N

N

N H H

O

NH2

Guanina (ADN y ARN)

C

C H

N

C

N C

H 2N

C

Citosina (ADN y ARN)

C

N

C

H

C

C

H

H

N

O

N

N H

H Uracilo (únicamente ARN)

O

H

N

O

C N H

(B)

C

H

C

H

© Delmar/Cengage Learning

C

FIGURA 2-11. (A) La estructura de un nucleótido y (B) sus bases nitrogenadas.

cenada en el segundo y en el tercer enlaces del grupo fosfato. La degradación de la molécula de glucosa y de otros nutrientes provee la energía para la síntesis de molécu-

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las de ATP (discutido a mayor detalle en el Capítulo 4). Una molécula de ATP se sintetiza uniendo un difosfato de adenosina (ADP) con un grupo fosfato (PO4–): ADP + PO4 + energía → ATP. Posteriormente, la energía almacenada

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

Adenina NH2 N

3 grupos fosfato

O⫺

P O⫺

O O

P O⫺

N

O O

P

O

N

H

CH2 O

O⫺

H

H

OH

OH

H

H

Azúcar de ribosa Molécula de adenosín trifosfato (ATP)

© Delmar/Cengage Learning

O

N

H

FIGURA 2-12. La estructura molecular del adenosín trifosfato

(ATP).

en la molécula de ATP se utiliza para el funcionamiento de la célula y para realizar actividades como reparaciones estructurales, para la reproducción, para la asimilación y para el transporte de materiales a través de las membranas celulares. Esto ocurre cuando al degradarse una molécula de ATP se libera la energía contenida en los enlaces fosfato: ATP → ADP + PO4 + energía (para realizar procesos celulares).

TRANSPORTE DE MATERIALES DENTRO Y FUERA DE LA CÉLULA La membrana plasmática de las células es una membrana selectivamente permeable. Esto significa que sólo los materiales seleccionados son capaces de entrar y salir de las células. La estructura química de una membrana celular es responsable de su calidad. La membrana celular está compuesta de una bicapa lipídica con proteínas en ambos lados de la membrana. Este arreglo químico permite que el agua pase con facilidad al interior o al exterior de la célula. Sin embargo, el agua no es el único material necesario para la supervivencia de la célula. Las células necesitan de alimentos como azúcares y aminoácidos para fabricar proteínas y de nutrientes como sales minerales. Los materiales pasan a través de la membrana celular en tres diferentes maneras: por difusión, por ósmosis y por transporte activo.

Difusión La difusión es el movimiento de moléculas de un área donde se encuentran en alta concentración a un área de menor concentración. Como un ejemplo de difusión, piensa en una botella de perfume cerrada en una habitación. Dentro de la botella sellada, las moléculas de perfume están en constante movimiento; se encuentran en el estado líquido y gaseoso. Aquellas en estado gaseoso

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tienen un movimiento más rápido que las que están en estado líquido. En el aire de la habitación, también hay moléculas en movimiento como vapor de agua, oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. Cuando se abre la botella, las moléculas de perfume se mueven aleatoriamente hacia el exterior de la botella y de manera azarosa también colisionan con aquellas moléculas en el aire. Imagina estas colisiones como si fueran pelotas chocando unas con otras en una mesa de billar. Las colisiones azarosas eventualmente empujan las moléculas de perfume hacia las paredes de la habitación y eventualmente por toda la habitación. Si se abre la botella de perfume en un extremo de la habitación y te encuentras parado en el otro extremo, eventualmente sentirás el perfume una vez que las moléculas hayan llegado al extremo donde estás. Otra persona que se pare cerca de la botella de perfume en el momento de abrirla, deberá oler el perfume antes que tú. A las colisiones aleatorias de las moléculas en difusión se le conoce como movimiento browniano gracias a Sir Robert Brown, un científico inglés quien describiera este tipo de movimiento en 1827. A pesar de lo aleatorio de estas colisiones, con el tiempo hay un desplazamiento neto de las moléculas de perfume desde las áreas de alta concentración (en y cerca de la botella de perfume) hacia las áreas de baja concentración (en el otro extremo de la habitación). Esto es el proceso de difusión. Eventualmente, la proporción de moléculas de perfume que serán empujadas dentro de la botella llegará a ser igual a la proporción de moléculas que salen de ella, y las moléculas quedarán distribuidas de manera uniforme en la habitación. La temperatura tiene un efecto sobre la difusión. A mayor temperatura, el movimiento es más rápido. Piensa en un trozo de hielo. La temperatura baja mantiene a las moléculas moviéndose muy lento, de esta manera el agua se encuentra en estado sólido. A medida que la temperatura aumenta, el movimiento molecular aumenta y el agua pasa a estado líquido y el hielo se derrite. El calentamiento prolongado, como el poner una olla con agua sobre una estufa, incrementa aún más el movimiento molecular de tal manera que el agua pasa al estado gaseoso y se convierte en vapor de agua. Un ejemplo de una difusión importante en el cuerpo humano es la captación de oxígeno en la sangre que se encuentra en los pulmones y la liberación de dióxido de carbono a los pulmones desde la sangre. La sangre que regresa a los pulmones es baja en oxígeno pero tiene altas concentraciones de dióxido de carbono como resultado de la respiración celular. Cuando inhalamos aire, recibimos oxígeno, así que los pulmones tendrán mucho oxígeno pero poco dióxido de carbono. El oxígeno se mueve de un área de alta concentración (los pulmones) a un área de baja concentración (la sangre) por difusión. De manera similar, el dióxido de carbono se mueve de un área de alta concentración (la sangre) a un área de baja concentración (los pulmones) por difusión. Exhalamos para deshacernos del dióxido de carbono que se encuentra ahora en los pulmones.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

Ósmosis La ósmosis es un tipo especial de difusión. Pertenece únicamente al movimiento de moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable (ej., la membrana plasmática) de un área de alta concentración de moléculas de agua (ej., agua pura) hacia un área de baja concentración de moléculas de agua (ej., agua a la que un soluto, como puede ser sal o azúcar, ha sido agregado). La ósmosis puede demostrarse de manera relativamente simple separando agua destilada con una membrana selectivamente permeable (una barrera que permita pasar al agua, pero no a solutos como la sal) y añadiendo una solución de sal en agua al 3% del otro lado de la membrana (Figura 2-13). El nivel de agua del lado del soluto subirá, y el nivel del agua del lado del agua destilada bajará. El ascenso de agua en el matraz se opone a la presión atmosférica y a la gravedad y eventualmente se detendrá. En este nivel de equilibrio, el número de moléculas de agua que penetra al área del soluto es igual al número de moléculas de agua que sale de ella. La cantidad de presión requerida para detener la ósmosis es una

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medida de la presión osmótica. La solución deja de subir cuando el peso de la columna es igual a la presión osmótica. El mecanismo de la ósmosis es simple. La sal en la columna de agua en solución no puede pasar a través de la membrana selectivamente permeable. La sal se encuentra en mayor concentración en la solución y el agua se encuentra en menor concentración en la columna debido a que se le ha agregado sal. El agua en el vaso de precipitado es agua destilada pura; no hay solutos en ella. El agua, la cual puede moverse a través de la membrana selectivamente permeable, causa el incremento de altura observado en la columna de agua en el matraz. El agua “intenta” igualar su concentración tanto en el matraz como en el vaso de precipitado. Así, el agua se mueve a través de la membrana selectivamente permeable de un área de alta concentración en el vaso de precipitado a un área de baja concentración en el matraz (la solución de sal en el matraz). Muchas membranas biológicas son selectivamente permeables, como las membranas de las células. Los efectos de la ósmosis en los glóbulos rojos de la sangre pueden demostrarse con facilidad (Figura 2-14). Si

Solución salina al 3%

La solución deja de elevarse cuando el peso de la columna iguala la presión osmótica

Membrana selectivamente permeable

Agua destilada Agua

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Solución salina elevándose

FIGURA 2-13. Un experimento sencillo para ilustrar la ósmosis.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

ALERTA SANITARIA

LLUVIA ÁCIDA

Todos conocemos el término lluvia ácida. El exceso de contaminantes industriales emitidos a la atmósfera procedente de las instalaciones eléctricas de carbón y de los automóviles, pueden cambiar el pH del medio ambiente. Estos contaminantes caen a la tierra como una precipitación ácida (lluvia, nieve o neblina) que puede causar problemas respiratorios cuando la respiramos o problemas gástricos al llegar al estómago y al sistema digestivo. Nos damos cuenta de la gravedad de este problema cuando observamos que se han muerto los peces de un lago o cuando bosques enteros que están cerca de las plantas industriales que emiten altas tasas de contaminación han sido destruidos. La precipitación ácida es un tema de preocupación global. Los edificios y monumentos de piedra caliza (carbonato de calcio) se erosionan con facilidad gracias a los ácidos (incluso ácidos débiles). En 1990, en Estados Unidos se aprobó e implementó la Ley de Aire Limpio para ayudar a reducir los niveles de la lluvia ácida y así proteger la salud y el medio ambiente.

se coloca un glóbulo rojo en una solución salina normal (una solución isotónica) en donde la concentración afuera del glóbulo rojo es igual a la concentración de sal interna, las moléculas de agua pasarán dentro y fuera del glóbulo rojo a tasas iguales, y no se observarán cambios en su forma (Figura 2-14A). En cambio, si el glóbulo rojo es colocado en agua destilada pura (una solución hipotónica) donde las moléculas de agua se encuentran en mayor concentración afuera que adentro de la célula, el agua se moverá hacia el interior del glóbulo rojo, causando que se hinche y eventualmente explote (Figura 2-14B). Si el glóbulo rojo es colocado en una solución salina al 5% (una solución hipertónica) en donde hay más agua libre al interior de la célula que fuera de ella, el glóbulo rojo perderá agua a favor de la solución y se encogerá o arrugará (Figura 2-14C). Debido a que la sangre en el sistema circulatorio se encuentra bajo presión por los latidos del corazón, se pierde mucho plasma sanguíneo (la parte líquida de la sangre, que en su mayoría está compuesta por agua con materiales disueltos y en suspensión coloidal) en los tejidos circundantes y los capilares los cuales son altamente permeables y apenas de una célula de grosor. Las proteínas suspendidas de manera coloidal en la sangre no pueden pasar a través de las membranas celulares de los capilares; causando así una presión osmótica lo suficientemente grande como para reabsorber la mayor parte del líquido que escapa de los capilares. A pesar de que el agua y algunas otras sustancias con pesos moleculares pequeños pueden entrar por ósmosis en las células que las necesitan, el transporte osmótico es insuficiente para la mayoría de las necesidades de la célula. Los azúcares, aminoácidos, proteínas grandes y grasas son necesarias para producir ATP y mantener y crear estructuras. Las células obtienen estos materiales no osmóticos o no difusibles por medio de un mecanismo especial llamado transporte activo. Este meca-

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nismo necesita de energía en forma de ATP para superar las barreras osmóticas/y de difusión, otra gran razón de por qué el ATP es tan importante para la supervivencia de la célula. El transporte activo es el transporte de materiales en contra de un gradiente de concentración o en oposición a otros factores que normalmente impedirían que el material entrara a la célula. En este caso, las moléculas se mueven de un área de baja concentración a un área de alta concentración (como en una vacuola alimenticia).

pH El pH está definido como el logaritmo negativo de la concentración del ion hidrógeno en una solución: pH = –log [H+]. El agua pura tiene un pH de 7. Recuerda que cuando el agua destilada (H2O) se disocia, por cada ion H+ formado, se forma un ion OH– también. En otras palabras, la disociación del agua produce H+ y OH– en cantidades iguales. Por ello, un pH de 7 indica neutralidad en una escala de pH. La Figura 2-15 muestra el pH de varias soluciones. Si una sustancia se disocia formando un exceso de iones H+ cuando se disuelve en agua, nos referimos a ella como un ácido. Todas las soluciones ácidas tienen valores de pH por debajo de 7. Mientras más fuerte es un ácido, produce más iones H+ y su valor de pH es más bajo. Debido a que la escala de pH es logarítmica, un cambio de pH de una unidad significa un cambio de 10 veces de magnitud en la concentración de iones de hidrógeno. De modo que el jugo de limón con un pH de dos es 100 veces más ácido que el jugo de tomate con un pH de cuatro. Una sustancia que se combina con los iones H+ cuando se disuelve en agua es llamada base o álcali. Por ende, gracias a su combinación con los iones H+, una base disminuye la concentración de los iones H+ en esa solu-

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(A)

Solución isotónica

10 μm

(B)

Solución hipotónica

10 μm

(C)

Solución hipertónica

10 μm

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

FIGURA 2-14. Efecto de la ósmosis sobre los eritrocitos cuando son colocados en soluciones salinas de diferente concentración.

ción. Las soluciones básicas, también llamadas alcalinas, tienen valores de pH por arriba de 7. El agua de mar tiene un pH de 8 y es 10 veces más básica que el agua destilada pura con un pH de 7. En nuestros cuerpos, la saliva tiene un valor de pH ligeramente por debajo de 7, de manera que es ligeramente ácida, mientras que el ambiente del estómago con su jugo gástrico y ácido clorhídrico es muy

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ácido con un valor de pH próximo a 1. Nuestra sangre por otra parte, tiene un valor de pH de 7.4, haciéndola ligeramente básica. La orina tiene un pH de 6, la cual, a pesar de ser ácida, no es tan ácida como el jugo de tomate con un pH de 4. El pH en el interior de la mayoría de las células y en el fluido que las rodea es bastante cercano a 7. Debido

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

Agua destilada Sangre 7.4 Clara de huevo 8.0

Leche 6.6 Café negro 5.0

Bicarbonato de sodio 9.0 Leche de magnesia 10.5

Jugo de tomate 4.6

Amoníaco doméstico 11.0

Vinagre 3.0 Jugo gástrico 2.0

Blanqueador 13.0 Quita grasa 13.8 Ácido clorhídrico 0.8

0.0

1.0

2.0

3.0 4.0

5.0 6.0

7.0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0

14.0

Neutro Base fuerte

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Ácido fuerte

FIGURA 2-15. El pH de varias soluciones. Un pH arriba de 7 indica que es una base; un valor debajo de 7 indica que es un ácido.

a que las enzimas son extremadamente sensibles al pH, un pequeño cambio puede hacerlas no funcionales; por lo tanto, nuestros cuerpos cuentan con amortiguadores. Un amortiguador es una sustancia que actúa como una reserva de iones de hidrógeno, donándolos a una solución cuando su concentración baja repentinamente y aceptando iones de hidrógeno de una solución cuando la concentración de éstos aumenta. Los amortiguadores son necesarios porque las reacciones químicas en las células producen constantemente ácidos y bases. Los amortiguadores mantienen la homeostasis de las células con respecto a los niveles de pH. La mayoría de los amor-

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tiguadores consisten de pares de sustancias, un ácido y una base. Por ejemplo, el amortiguador clave en la sangre humana es el par ácido-base de bicarbonato (una base) y de ácido carbónico (un ácido). Ácido carbónico y agua se combinan químicamente para formar ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico puede entonces disociarse en agua, liberando iones H+ además de iones bicarbonato HCO3–. El pH de la sangre puede estabilizarse por el equilibrio entre estas reacciones que convierten el ácido carbónico H2CO3 en el ion bicarbonato HCO3– (base) y viceversa.

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Campo

PROFESIONAL

Exi Existen muchas oportunidades a nivel profesional para aquellos individuos interesados do os en la química. ● T Técnico de laboratorio: Trabaja como asistente de investigación en la industria y

en las universidades. ● Profesor de preparatoria: Se especializa en la enseñanza de los principios bási-

cos de la Química a jóvenes adolescentes. ● Profesor de universidad: Conduce investigación, enseña a los adultos principios

químicos de nivel superior y asesora proyectos de investigación química en los niveles de licenciatura y posgrado. ● Químico orgánico: Se especializa y estudia la química del átomo de carbono y de todos los compuestos que contienen carbono como parte de su estructura molecular. ● Químico ambiental: Estudia los efectos de la contaminación química del medio ambiente. ● Bioquímico: Estudia las bases químicas de la vida en la genética, en la biología molecular, la microbiología o en la tecnología de alimentos.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. Debido a que los órganos, tejidos y células del cuerpo están conformados por sustancias químicas y funcionan por medio de reacciones, es necesario entender un poco de Química básica. 2. La Química es la ciencia que estudia a los elementos, sus componentes y las reacciones que se generan entre ellos, así como la estructura molecular de la materia.

ESTRUCTURA ATÓMICA 1. Los átomos son las partículas más pequeñas de los elementos (mantienen todas las características de dicho elemento) y participan en reacciones químicas a través de sus electrones. 2. Un átomo está constituido por un núcleo que contiene protones cargados positivamente y por neutrones que son partículas sin carga. 3. Los electrones poseen carga negativa y orbitan al núcleo de los átomos en determinados niveles energéticos, que se ecuentran a cierta distancia de los núcleos pesados y compactos.

ELEMENTOS, ISÓTOPOS, COMPUESTOS 1. Un elemento es una sustancia cuyos átomos contienen el mismo número de protones y electrones. Los átomos son eléctricamente neutros. 2. Un compuesto es una combinación de átomos de dos o más elementos.

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3. Un isótopo es un átomo del mismo elemento pero cuyo número de neutrones en el núcleo varía. 4. El carbono es un elemento que se encuentra en toda la materia viva. 5. La tabla periódica organiza a los elementos en categorías con propiedades similares.

ENLACES Y ENERGÍA 1. Los átomos se combinan químicamente entre sí formando enlaces al ganar, perder o compartir electrones. 2. Un enlace iónico se forma cuando un átomo de un compuesto gana electrones mientras que otro átomo en el mismo compuesto los pierde. Las moléculas enlazadas por iones se disocian cuando se sumergen en el agua. Las sales minerales forman enlaces iónicos. 3. Un enlace covalente se forma cuando los átomos comparten electrones. El carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno forman enlaces covalentes. Estos enlaces no se disocian en presencia de agua. 4. Los puentes de hidrógeno son débiles. Ayudan a mantener juntas las moléculas de agua y unen a otras moléculas haciendo que adquieran formas tridimensionales. 5. Se les llama donadores de electrones a aquellas moléculas que suministran electrones durante una reacción química; en cambio, a aquellas que ganan electrones se les llama aceptores de electrones. 6. Los enlaces contienen energía; es decir, son los electrones los que contienen la energía presente en los enlaces químicos.

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7. Existen moléculas especiales llamadas transportadores de electrones, las cuales aceptan electrones por un periodo corto y usan la energía de éstos para sintetizar moléculas de ATP.

SUSTANCIAS COMUNES EN LOS SISTEMAS VIVOS 1. Las sustancias que comúnmente podemos encontrar en los sistemas vivos son: agua, dióxido de carbono, oxígeno, amoníaco, sales minerales, carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y trifosfato de adenosina. Agua 1. Una célula está compuesta de aproximadamente entre 60 a 80% de agua (H2O), que es una molécula ligeramente polar: los dos átomos de hidrógeno tienen una carga parcial positiva y el átomo de oxígeno una carga parcial negativa. Esto explica por qué las moléculas de enlaces iónicos se disocian cuando se les coloca en el agua. 2. El agua tiene muchas funciones importantes en las células: forma parte en algunas de las reacciones, sirve como un medio o solvente para que otras reacciones se produzcan, sirve de base para el transporte de materiales, absorbe y libera el calor manteniendo la temperatura corporal, protege, y es la base para todos los lubricantes del cuerpo. Dióxido de carbono 1. El gas dióxido de carbono (CO2) se produce como desecho de la respiración celular. 2. Es necesario para las plantas, las cuales producen oxígeno gaseoso en la reacción de fotosíntesis, que convierte la energía radiante del sol en energía química utilizable como la glucosa para la supervivencia de plantas y animales. 3. Todo el carbono en las moléculas que contienen, proviene directa o indirectamente del dióxido de carbono. Oxígeno 1. El oxígeno molecular (O2) es requerido por todos los organismos que respiran aire. 2. Es necesario para que pueda ocurrir la respiración celular, convirtiendo la glucosa en moléculas de ATP C6H12O6 + 6O2 → ATP (energía) + 6CO2 + 6H2O. 3. El oxígeno proviene del proceso de fotosíntesis de las plantas 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 (glucosa) + 6O2 + 6H2O. Amoníaco 1. El amoniaco (NH3) se produce como un subproducto de la descomposición de los aminoácidos. 2. Los aminoácidos contienen nitrógeno y son los componentes básicos de las proteínas.

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3. El amoníaco, el cual es tóxico, es convertido a urea inofensiva por enzimas presentes en el hígado. Sales minerales 1. Las sales minerales son calcio (Ca+), fosfato (PO4–), cloruro(Cl–), sodio (Na+) y potasio (K+). 2. El calcio es necesario para la contracción muscular y para tener huesos fuertes. 3. El fosfato es necesario para producir ATP. 4. El sodio, el potasio y el cloro son necesarios para la contracción muscular y la transmisión nerviosa. Carbohidratos 1. Los carbohidratos están compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1:2:1. Los carbohidratos más simples son azúcares de cinco y seis carbonos. 2. La desoxirribosa y la ribosa son azúcares importantes de cinco carbonos, mientras que la glucosa y la fructosa son azúcares importantes de seis carbonos. 3. Los carbohidratos tienen dos funciones importantes: el almacenamiento de energía y el fortalecimiento estructural de la célula. Lípidos 1. La grasa es uno de los más importantes tipos de lípidos , el 95% de las grasas en el cuerpo humano son triglicéridos, compuestos de glicerol y de ácidos grasos. 2. Se llama grasa saturada cuando los ácidos grasos contienen sólo enlaces covalentes simples. Éstos pueden contribuir a enfermedades cardiovasculares. No obstante, se llama grasa no saturada o insaturada cuando los ácidos grasos tienen uno o más enlaces covalentes dobles. Éstos son buenos para la salud. 3. Las grasas son fuente de energía; actúan como aislantes para el cuerpo y protegen a los órganos. Proteínas 1. Las proteínas contienen carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y azufre. 2. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas. 3. Las proteínas son una fuente de energía y son parte esencial de las estructuras membranosas de la célula. Existen proteínas estructurales como la actina y la miosina presentes en las células musculares. 4. Las enzimas son catalizadores proteicos que hacen que las reacciones químicas se produzcan en las células. El funcionamiento de nuestro sistema inmunológico se basa en las proteínas. 5. Las proteínas tienen cuatro tipos de estructura en base a sus enlaces: primaria (secuencia de aminoácidos), secundaria (basada en la formación

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de puentes de hidrógeno entre aminoácidos, causándole enrollamiento), terciaria (plegamiento secundario basado en los enlaces formados entre sus átomos de azufre), y cuaternaria (basada en las relaciones espaciales entre las unidades). Ácidos nucleicos 1. El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el material genético de la célula. Se encuentra en el núcleo que determina todas las características y funciones de la célula. 2. El ácido ribonucleico (ARN) existe en dos formas necesarias para la síntesis de proteínas: el ARN mensajero y el ARN de transferencia. 3. Los ácidos nucleicos están formados por cadenas de nucleótidos. 4. Un nucleótido es una molécula compleja que se forma por la combinación de una base nitrogenada (purina o pirimidina), un azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato. 5. Las dos bases de purina son adenina y guanina. Las tres bases de pirimidina son timina, citosina y uracilo (el uracilo se encuentra únicamente en el ARN y sustituye a la timina presente en el ADN). Adenosín trifosfato 1. El ATP es una molécula de alta energía, es el combustible que permite a las células funcionar y mantenerse. 2. La molécula de ATP está formada por un azúcar ribosa, por adenina, y por tres grupos fosfato. La energía de la molécula se almacena en el segundo y en el tercer enlace de los grupos fosfato. 3. El desdoblamiento de la molécula de glucosa y otros nutrientes proporciona la energía para la síntesis de moléculas de ATP.

TRANSPORTE DE MATERIALES DENTRO Y FUERA DE LAS CÉLULAS Los materiales se mueven a través de las membranas plasmáticas de tres maneras diferentes: difusión, ósmosis y transporte activo. Difusión 1. La difusión es el movimiento de moléculas a través de un medio, de una zona de alta concentración a un área de baja concentración de moléculas. 2. La colisión al azar de las moléculas por difusión se conoce como movimiento browniano. 3. El aumento de la temperatura acelera la velocidad de difusión de moléculas. 4. Un ejemplo de difusión en el cuerpo humano es la captación de oxígeno por la sangre en los pulmones y la liberación de dióxido de carbono a los pulmones provenientes de la sangre.

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Ósmosis 1. La ósmosis es un tipo especial de difusión. 2. La ósmosis es el movimiento de moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable, como la membrana plasmática, de una zona de mayor concentración de moléculas de agua (por ejemplo, agua pura) a un área de baja concentración de moléculas de agua (por ejemplo, agua mezclada con sal o azúcar). 3. Una solución isotónica (por ejemplo, solución salina normal) es una solución en la que la concentración de sal afuera de la célula es la misma que dentro de la célula. De tal forma que no se ganan ni se pierden grandes cantidades de agua. 4. Una solución hipotónica (por ejemplo, agua destilada pura) es una solución en que la concentración de sal dentro de la célula es mayor que fuera de la célula. La célula absorberá agua en este tipo de solución. 5. Una solución hipertónica (por ejemplo, una solución salina al 5%) es aquella en que la concentración de sal es mayor fuera de la célula que dentro de la célula. La célula perderá agua en esta solución. 6. El transporte activo es el transporte de materiales en contra de una gradiente de concentración en oposición a otros factores que normalmente impiden que el material penetre la célula. Este mecanismo requiere energía en forma de ATP y es el mecanismo principal por el cual la mayoría de las células obtienen los materiales que necesitan para su correcto funcionamiento.

pH 1. El pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno en una solución: pH = –log [H+]. 2. Si una sustancia se disocia y forma un exceso de iones H+ cuando se disuelve en agua, se conoce como ácido. Los ácidos tienen valores de pH por debajo de 7. 3. Una sustancia que se combina con los iones H+ cuando se disuelve en agua se denomina base. Las soluciones básicas tienen un valor de pH superior a 7. 4. El agua destilada pura tiene un pH de 7 y es neutra. 5. Los amortiguadores son sustancias especiales que actúan como reserva de iones de hidrógeno, donándolos a una solución cuando la concentración disminuye y aceptándolos cuando la concentración aumenta. Los amortiguadores ayudan a mantener la homeostasis dentro de las células respecto a los niveles de pH, manteniéndolos cercanos a 7.

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CAPÍTULO 2 La química de la vida

PREGUNTAS DE REPASO 1. Describe la naturaleza y estructura del átomo. 2. Enlista los principales elementos químicos que se encuentran en los sistemas vivos. * 3. Compara los enlaces iónicos y covalentes e indica los cuatro principales elementos que se encuentran en los enlaces covalentes de las células. * 4. ¿Por qué es necesario para la célula tener ácidos nucleicos en el núcleo? * 5. Explica las funciones que tiene el agua en los sistemas vivos. 6. ¿Cuáles son las dos funciones principales que tienen los carbohidratos en las células vivas? 7. Enlista tres funciones de las grasas en el cuerpo humano. * 8. Enlista cuatro funciones de las proteínas que son necesarias para el buen funcionamiento y supervivencia del cuerpo humano. * 9. Describe cuáles son las diferencias y similitudes que existen entre la ósmosis y la difusión, y menciona cómo funcionan en el cuerpo. * 10. ¿Cuál es la importancia del transporte activo para la supervivencia de una célula? * 11. ¿Por qué es importante el pH para el mantenimiento de la homeostasis en el cuerpo? 12. Discute el pH de un ácido, una base y una sal. *

Preguntas de pensamiento crítico

LLENA LOS ESPACIOS EN BLANCO Llena los espacios en blanco con el término más apropiado. 1. Las moléculas que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno se conocen como ____________________. La glucosa (un azúcar) es una de estas moléculas. 2. Las moléculas conocidas como ____________________ son los componentes básicos de las proteínas. 3. Todo el carbono de los compuestos orgánicos más grandes que se encuentran en los sistemas vivos proviene directa o indirectamente de ____________________. 4. Las partículas más pequeñas de los elementos que intervienen en las reacciones químicas son ____________________.

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5. Un ____________________ es una sustancia cuyos átomos contienen el mismo número de protones y el mismo número de electrones. 6. En los átomos de algunos elementos, el número de neutrones varía. Estos diferentes tipos de átomos se conocen como ____________________. 7. Los dos tipos de enlaces químicos que se encuentran en la materia viva son los enlaces____________________ y ____________________. 8. La molécula más abundante en los seres vivos es el ____________________. 9. Los carbohidratos tienen dos funciones básicas: ___________________ y ____________________. 10. Los nucleótidos enlazados entre sí mediante el grupo fosfato de uno y el azúcar del otro forman largas cadenas moleculares llamadas ____________________.

RELACIONA AMBAS COLUMNAS Coloca el número más apropiado en el espacio en blanco. _____ NH3 1. Carbohidrato vegetal _____ C6H12O6 2. Grupo hidroxilo _____ Glucógeno 3. Grupo amino _____ Almidón 4. Amoníaco _____ CO2 5. Glicerol _____ OH– 6. Grupo carboxilo _____ COOH 7. Grupo de fosfato inorgánico _____ NH2 8. Carbohidrato animal _____ PO4– 9. Ácidos grasos _____ C5 10. Ribosa 11. Glucosa 12. Dióxido de carbono

Investiga y explora ● Busca en internet palabras clave del

capítulo para descubrir información adicional y generar ejercicios interactivos. Las palabras clave pueden incluir ADN, difusión y ósmosis. ● Visita el sitio http://www.acid-base.

com para un tutorial de ácido-base.

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Conexión con StudyWARE ™ Toma una prueba de evaluación o juega al ahorcado con tu CD-ROM de StudyWareTM.

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

LA QUÍMICA DE LA VIDA

Material necesario: Un medidor de pH, equipo de ósmosis, modelos de moléculas químicas. 1. Medición del pH: Con la ayuda de un medidor de pH (potenciómetro) provisto por tu profesor, mide el pH del agua del grifo, agua destilada, jugo de tomate, jugo de naranja, jugo de manzana, saliva, solución de bicarbonato de sodio, amoníaco y cloro de uso doméstico. Prepara una tabla para colocar estas sustancias en la categoría de ácido o base. 2. Demostración de ósmosis: Tu profesor demostrará los efectos de la ósmosis con

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la ayuda de un equipo proporcionado por una empresa de suministros biológicos. El experimento de la figura 2-13 se puede demostrar utilizando primero una solución salina al 3% y luego una solución de azúcar al 3%. 3. Examina los modelos químicos (proporcionados por tu profesor) que ilustran las estructuras moleculares y los enlaces de algunas sustancias comunes que se encuentran en los sistemas vivos.

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Estructura de la célula OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Nombrar a los principales contribuyentes de la teoría celular. 2. Enlistar los principios de la teoría celular moderna. 3. Explicar la estructura molecular de la membrana celular. 4. Describir la estructura y función de los siguientes organelos celulares: núcleo, retículo endoplásmico, aparato de Golgi, mitocondria, lisosomas, ribosomas y centriolo. 5. Explicar la importancia y el proceso de la síntesis proteica.

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C O N C E P T O S C L AV E Ácido desoxirribonucleico Ácido ribonucleico Aparato de Golgi ARN de transferencia ARN mensajero Autólisis Caroteno Celulosa Centriolos Centrosoma Cilios Cisternas Citoplasma Cloroplastos Crestas Cromatina Cromoplastos

Eucarionte Flagelos Grana Lamela Leucoplastos Lisosomas Membrana nuclear Membrana plasmática Micra Micrómetro Microtúbulos Mitocondria Modelo de mosaico fluido No polar Núcleo Nucleolo Nucleoplasma

INTRODUCCIÓN La célula es la unidad básica en la organización biológica del cuerpo humano. Durante nuestra vida, éste se compone de trillones de células. Aunque éstas tienen distintas funciones, todas poseen ciertas propiedades estructurales en común. Todas las células se componen de un protoplasma, que es una solución acuosa coloidal de carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y sales inorgánicas rodeadas por una membrana celular que las delimita. El protoplasma (proto significa “primero” y plasma quiere decir “formado”) es predominantemente una suspensión coloidal de agua con compuestos orgánicos e inorgánicos en solución. Éstos son las unidades

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Organelos Plasmalema Polar Procarionte Protoplasma RE liso (agranular) RE rugoso (granular) Retículo endoplásmico Ribosomas Síntesis proteica Tilacoide Traducción Transcripción Tubulina Vacuolas Xantofilas

básicas que constituyen las estructuras que se encuentran dentro del protoplasma, es decir, los organelos. Algunos se encuentran en la mayoría de las células. Las células superiores, como las que componen el cuerpo humano, se denominan eucariontes (eu = verdadero); las que no poseen organelos rodeados por membranas (ej., bacterias) se denominan procariontes. Los organelos que son comunes a todas las células eucariontes son el núcleo, las mitocondrias, el retículo endoplásmico, los ribosomas, el aparato de Golgi y los lisosomas. Si una célula tiene una función especializada que otras células no comparten, como por ejemplo, el movimiento, la célula tendrá organelos especializados. Las células de nuestro cuerpo que mueven materiales a 41

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

través de su superficie expuesta o libre, serán cubiertas con filas de cientos de cilios. (Por ejemplo, las células en nuestro tracto respiratorio producen moco para atrapar polvo y microorganismos que pasen los vellos nasales, después mueven el material hacia nuestra garganta para que sea tragado y pase al sistema digestivo.) El espermatozoide humano que debe viajar por todo el útero hasta el tercio superior de las trompas de Falopio o tubo uterino, para fertilizar al óvulo, tiene un flagelo que lo impulsa a lo largo de su trayectoria. Las células vegetales que fotosintetizan (convierten la energía luminosa en energía química, p. ej., en alimentos como los azúcares) tienen organelos especializados llamados cloroplastos. Cuando se observa una célula al microscopio, la estructura que predomina es el núcleo, que es el centro de control de la célula. Por esta razón, el protoplasma de ésta se subdivide en dos secciones: el protoplasma dentro del núcleo, llamado nucleoplasma, y el protoplasma fuera del núcleo, llamado citoplasma. Las células varían en tamaño y la mayoría son demasiado pequeñas como para verlas a simple vista. Las células se miden en términos de micrómetros, que comúnmente se denominan micras (μ). Un micrómetro (μm) equivale a una milésima parte (10–3) de un milímetro. La mayoría de las células eucariontes tienen un tamaño que va de los 10 a los 100 micrómetros de diámetro (10 a 100 millonésima parte de

Ribosomas

Centriolo

un metro). Los microscopios fotónicos nos permiten ver las características generales de las células con magnificaciones de 10× a 1000×. Este tipo de microscopios es el que más comúnmente usamos en el laboratorio. Sin embargo, para “ver” o estudiar los detalles de las células se debe utilizar un microscopio electrónico. Estos microscopios son bastante complejos. En general usan un haz de electrones para visualizar estructuras. Las personas se deben entrenar para poder hacer uso de estos sofisticados instrumentos. Nuestro conocimiento actual sobre las estructuras celulares proviene de investigaciones hechas con microscopios electrónicos . En los diagramas de una célula animal (Figura 3-1) y de una célula vegetal (Figura 3-2) típicas, se ilustra una vista tridimensional de la ultraestructura celular.

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™ encon encontrarás un juego interactivo donde podrás marcar las partes principales de una célula vegetal.

Lisosoma Nucleolo Núcleo

Aparato (complejo) de Golgi

Mitocondria

Membrana plasmática Retículo endoplásmico liso

© Delmar/Cengage Learning

Retículo endoplásmico rugoso

FIGURA 3-1. Diagrama de una célula animal típica que muestra una vista tridimensional de la ultraestructura celular.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

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Pared celular

Cloroplasto

Pared de la célula adyacente Vacuola

Membrana plasmática

Cadena citoplásmica

Mitocondria

Citoplasma

Poro nuclear Complejo de Golgi

Retículo endoplásmico liso Nucléolo

Retículo endoplásmico rugoso

Ribosoma

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Núcleo

FIGURA 3-2. Diagrama de una célula vegetal típica que ilustra una vista tridimensional de su ultraestructura celular.

HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR Debido a que las células son demasiado pequeñas como para ser observadas a simple vista, éstas no se observaron hasta la invención del primer microscopio, a mediados del siglo XVII. Robert Hooke fue el científico inglés que describió las células por primera vez en 1665. Él construyó uno de los primeros microscopios primitivos para observar una delgada rebanada de corcho, que es tejido vegetal muerto que proviene de la corteza de los árboles. Por lo que sólo pudo observar las paredes de las células muertas. Le parecieron como pequeñas celdas, así que las llamó cellulae (pequeñas celdillas), un vocablo que proviene del latín. El término célula se ha usado desde entonces. Las células vivas fueron observadas años más tarde, por un naturalista alemán llamado Anton Von Leeuwen-

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hoek. Él observó agua de un estanque bajo su microscopio y se asombró de ver tantas cosas en lo que el creía agua pura. Los pequeños organismos que vio fueron llamados animálculos (que significan animales pequeños). Sin embargo, pasaron casi 150 años antes de que se conociera la importancia de las células como las unidades básicas de la organización biológica. Dos alemanes establecieron los cimientos de lo que hoy en día llamamos teoría celular. En 1838, Matthias Schleiden, un botánico, después de estudiar cuidadosamente los tejidos vegetales, declaró que todas las plantas se componen de unidades individuales llamadas células. En 1839, Theodor Schwann, un zoólogo, declaró que todos los animales también se componen de unidades individuales llamadas células. Así fue como se dieron las bases de nuestra teoría celular moderna.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

La teoría celular moderna consiste de los siguientes principios: 1. Las células son los seres vivos más pequeños y completos. Son las unidades básicas de organización de todos los organismos. 2. Todos los organismos se componen de una o más células, en donde pueden ocurrir todos los procesos de la vida. 3. Las células surgen de una célula preexistente, mediante un proceso llamado división celular. 4. Todas las células que existen en la actualidad son descendientes de las primeras células, formadas en el origen de la historia evolutiva de la vida en la Tierra.

ANATOMÍA DE UNA CÉLULA EUCARIONTE TÍPICA Las siguientes estructuras son partes de una célula eucarionte típica: membrana celular, citoplasma, núcleo, membrana nuclear, nucleoplasma, cromatina, nucleolo, mitocondria, lisosomas, retículo endoplásmico (liso y rugoso), aparato de Golgi y ribosomas.

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La membrana celular Todas las células están rodeadas por una membrana celular. Esta membrana se denomina membrana plasmática o plasmalema (Figura 3-3). Bajo alta magnificación en un microscopio electrónico, se observa que esta membrana se compone de una doble capa de fosfolípidos con proteínas embebidas en ella. Los fosfolípidos parecen esferas con colas. La parte esférica, es la parte hidrofílica (que atrae el agua) y las colas son hidrofóbicas (que repelen el agua). Este arreglo permite el paso de moléculas de agua a través de la membrana, mediante ósmosis (discutida en el Capítulo 2). Las proteínas embebidas en la bicapa de fosfolípidos permite el paso de moléculas e iones a través de la membrana celular (Figura 3-4). Algunas proteínas crean canales de transporte para pequeños iones

Cadenas de carbohidratos

Fosfolípido

Región no polar de la proteína de membrana

Proteína globular periférica

Cadena de una proteína integral

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Colesterol

FIGURA 3-3. La estructura de una membrana (celular) plasmática.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

disueltos, otras actúan como enzimas para el transporte activo de materiales al interior de la célula en contra de un gradiente de concentración, y requieren de trifosfato de adenosina (ATP) para poder funcionar, otras proteínas actúan como sitios receptores para que las hormonas puedan entrar a la célula, y otras más actúan como marcadores de identidad. Además, algunas proteínas en la superficie de la bicapa de fosfolípidos actúan como mate-

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rial cementante para mantener la adhesión con otras células; otras actúan como soporte estructural dentro de la célula, uniéndose a las estructuras del citoesqueleto, que sostienen a los organelos en el citoplasma. Las proteínas también constituyen la estructura de la bomba de sodio-potasio, una característica única de ciertas membranas celulares, como las membranas de las células musculares y nerviosas (Figura 3-5).

Exterior

Membrana plasmática

Interior Enzima

Sitio receptor

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Canal de transporte

Marcador de identidad celular Unión a citoesqueleto

Adhesión celular

FIGURA 3-4. Las funciones de las proteínas asociadas a la bicapa lipídica de la membrana celular.

K+

Na+

K+

Na+

3

2

Na+

K+ K+ 4

1

Na+ Na+

ADP Na+

ATP

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P

P K+

K

+

FIGURA 3-5. La naturaleza proteica de la bomba de sodio-potasio de la membrana celular de las células musculares y nerviosas.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Estas moléculas de proteínas y de fosfolípidos se arreglan en lo que se denomina modelo de mosaico fluido. Las moléculas de fosfolípidos son como las piezas de un mosaico, pero en lugar de estar embebidas en un cemento sólido, se encuentran en un fluido y se pueden mover ligeramente para permitir el paso de moléculas de agua a través de la membrana celular y por ende hacia el citoplasma de la célula. Esta estructura molecular básica de la membrana celular es la misma para todos los organelos delimitados por membranas dentro de una célula.

Citoplasma La porción líquida de la célula se denomina protoplasma. El protoplasma fuera del núcleo se llama citoplasma; el que se encuentra dentro del núcleo se denomina nucleoplasma. El principal constituyente del citoplasma es el agua. Sin embargo, ésta tiene muchos tipos de compuestos químicos distribuidos entre sus moléculas. Algunos de éstos son ácidos nucleicos como el ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) y el ARN mensajero, enzimas, hormonas y otras sustancias químicas diferentes involucradas en el funcionamiento celular. Algunos de estos compuestos se encuentran en solución con el agua, mientras que otros están en suspensión coloidal. Tanto en solución como en forma de coloide, las sustancias se distribuyen uniformemente en el medio acuoso. Sin embargo, en una solución, los átomos individuales o iones, se distribuyen en todo el medio. En cambio, en un coloide, en lugar de atomos individuales, son grupos de átomos los que se distribuyen en el medio. El factor que determina si una sustancia irá a en solución o formará un coloide, es la interacción electrónica entre las moléculas de la sustancia y las moléculas del agua. Debido a que en la molécula de H2O el átomo de oxígeno tiene una mayor atracción por los electrones que el átomo de hidrógeno en el enlace H-O (pues comparten los electrones de manera desigual), el átomo de oxígeno será parcialmente negativo, y los dos átomos de hidrógeno serán parcialmente positivos. Observa la Figura 2-5 del Capítulo 2. Se dice que una molécula con una distribución desigual de electrones es una molécula polar. Gracias a esta polaridad de la molécula de agua, otros compuestos polares, como los compuestos unidos iónicamente, como la sal (cloruro de sodio) son fácilmente solubles en agua y entran en solución. La polaridad de las moléculas de agua disminuye las fuerzas electrostáticas que mantienen unidas a las moléculas por enlaces iónicos, por lo que éstas se disocian en iones individuales y se disuelven en agua. Otros compuestos, como las moléculas unidas por enlaces covalentes, se componen de átomos que ejercen una atracción igual por los electrones del enlace que las mantiene juntas. Por lo tanto, los electrones no son atraídos con mayor fuerza hacia uno u otro de los átomos del enlace. Los compuestos con enlaces no polarizados se

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denominan no polares y no se disuelven con facilidad en el agua. Los compuestos orgánicos con enlaces C-H son no polares y entran en suspensión coloidal en el medio acuoso del citoplasma. Las proteínas, los carbohidratos, grasas y los ácidos nucleicos están suspendidos coloidalmente en el citoplasma, mientras que las sales minerales como sodio, potasio, calcio, cloro y fósforo se encuentran en solución. Algunos componentes celulares, como los gránulos de almacén y las micelas de grasa, no se disuelven ni se suspenden en el citoplasma. Estos compuestos son producto de las funciones que se han acumulado en ciertos sitios específicos del citoplasma. El citoplasma también contiene estructuras llamadas vacuolas. Una vacuola es un área, dentro del citoplasma, que se encuentra rodeada por una membrana vacuolar. Esta membrana tiene la misma estructura que la membrana celular. Generalmente, una vacuola se llena de una mezcla acuosa, pero también puede contener alimentos almacenados (vacuola alimenticia) o productos de deshecho celular (vacuola de desecho).

El núcleo El núcleo es la estructura más prominente de la célula. Es claramente visible bajo el microscopio fotónico. Es una estructura llena de líquido que se separa del citoplasma mediante una membrana nuclear, también llamada envoltura nuclear. El núcleo es el centro de control de la célula. Las células a las que se les extrae el núcleo pierden sus funciones. Las células a las que se les trasplanta el núcleo de otra célula, toman las características de la célula que donó el núcleo.

Membrana nuclear Una característica distintiva de la membrana nuclear es que se compone de dos membranas (Figura 3-6). La membrana interna rodea y contiene el nucleoplasma y sus materiales. La membrana externa es la continuación del retículo endoplásmico (RE), un organelo que discutiremos más adelante. El microscopio electrónico ha revelado la presencia de poros o aperturas en la doble membrana nuclear. Estos poros tienen una partición muy fina que dificulta el transporte libre o la filtración de materiales al nucleoplasma, pero sí permiten el paso de materiales que provienen de éste, y que deben llegar al citoplasma. Por ejemplo, cuando se lleva a cabo la síntesis de proteínas, el código para sintetizar una proteína se encuentra en el ADN, que se localiza en el núcleo, pero la proteína se sintetiza en el sitio ribosomal del citoplasma. El código es copiado del ADN en una molécula especial llamada ARN mensajero (ARNm), que sale del núcleo a través de un poro para llegar al ribosoma. Este proceso se discute con mayor detalle más adelante dentro de este mismo capítulo. La estructura de la membrana nuclear tiene el mismo patrón que el modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Nucleoplasma El medio líquido del núcleo se denomina nucleoplasma. Consiste de una suspensión coloidal de proteínas; los ácidos nucleicos ADN, ácido desoxirribonucleico, y ARN,

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ácido ribonucleico; enzimas y otras sustancias químicas del núcleo. En el nucleoplasma ocurren muchas reacciones químicas que son esenciales para la función y supervivencia de la célula, incluyendo su reproducción.

Cromatina Cuando se tiñe una célula se pueden observar hilos delgados en el núcleo. Este material se llama cromatina y es el material genético de la célula. Las células del cuerpo humano contienen 46 cromosomas (22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales: un miembro de cada par proviene del padre y el otro de la madre). El óvulo y el espermatozoide contienen la mitad de ese número, es decir, 23 cromosomas. Los cromosomas se componen de moléculas de ADN y proteínas. Cuando las moléculas de ADN se duplican, durante la división celular, se acortan y engrosan, haciéndose visibles. Es cuando llamamos cromosomas al ADN. Cuando la célula no se está dividiendo, las moléculas de ADN son largas y delgadas, visibles solamente como cromatina. Todos los términos utilizados anteriormente sirven para describir los distintos niveles de organización cromosómica (Figura 3-7). Esto se discute con mayor detalle en el Capítulo 4. El ADN controla muchas funciones celulares.

Núcleo Poros nucleares

Las dos membranas de la envoltura nuclear

Núcleo Poro

Cromatina Nucléolo

(A)

Cromosomas de humano

Cisterna de retículo endoplásmico

Núcleo Superenrollamiento dentro del cromosoma Membrana interna Cromatina

Membrana externa

FIGURA 3-6. La estructura de la membrana o envoltura

nuclear. A) Diagrama de la anatomía interna del núcleo y de la conexión de la membrana nuclear externa con el retículo endoplásmico rugoso. B) Diagrama del complejo del poro.

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(B)

Enrollamiento dentro del superenrollamiento

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Complejo del poro

Fibra de cromatina

FIGURA 3-7. Algunos de los distintos niveles de la organiza-

ción cromosómica.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Nucleolo El nucleolo es una partícula esférica dentro del nucleoplasma que no tiene una membrana que lo delimite. Principalmente se compone de ADN, ARN y proteínas. Una célula puede tener más de un nucleolo. Esta estructura es el sitio de síntesis ribosómica. Participa en la síntesis de proteínas porque ensambla los ribosomas que son los sitios de síntesis proteica.

bajos requisitos energéticos, como las que recubren las mejillas (células epiteliales), tendrán mitocondrias con menos invaginaciones o crestas. Todas las células poseen aproximadamente el mismo número de mitocondrias. Son heredadas de la madre, a través del óvulo. Las mitocondrias también contienen ADN mitocondrial.

Lisosomas La mitocondria Las mitocondrias son estructuras pequeñas de forma oblonga que están constituidas por dos membranas (Figura 3-8). La membrana exterior confiere a la mitocondria su forma de cápsula; la membrana interior se invagina sobre sí misma para proveer una superficie sobre la cual ocurren las reacciones químicas que liberan energía. Cuando se observan bajo un microscopio fotónico, las mitocondrias parecen pequeños granos oscuros en el citoplasma. El microscopio electrónico nos ha revelado su verdadera naturaleza. Las invaginaciones de la membrana interna se denominan crestas. En las crestas ocurre la respiración celular, donde los alimentos (energía química) son convertidos en otra forma útil de energía química, el ATP. Por esta razón, las mitocondrias son conocidas como las centrales eléctricas de la célula. En su expresión más simple, la respiración celular puede describirse de la siguiente forma: Alimentos (como glucosa) + oxígeno → energía + desecho. C6H12O6 + 6O2 → ATP + 6CO2 + 6H2O. Esta reacción química se discute con más detalle en el Capítulo 4. Gran parte de las reacciones que producen energía, que ocurren en la mitocondria, tienen lugar en la superficie de las crestas. Las células con altos requisitos energéticos (como las células musculares) tendrán mitocondrias con muchas invaginaciones o crestas. Las células con

Los lisosomas son pequeños cuerpos en el citoplasma que contienen poderosas enzimas digestivas que promueven la lisis de componentes celulares (Figura 3-1). La estructura y el tamaño de los lisosomas varían, pero generalmente son esféricos. Tienen tres funciones generales: 1. Actúan junto con las vacuolas alimenticias. Cuando una célula necesita más energía, un lisosoma se fusiona con una vacuola alimenticia para descomponer los alimentos en una forma utilizable que pueda ir a la mitocondria y ser convertida en ATP. Por ejemplo, el almidón, un carbohidrato complejo, se desdobla en azúcares simples, las proteínas se degradan a aminoácidos y las grasas son convertidas a ácidos grasos y glicerol. 2. Los lisosomas también participan en el mantenimiento y reparación de los componentes celulares. Si una sección del retículo endoplásmico necesita reconstruirse, el lisosoma degradará la membrana en aminoácidos, ácidos grasos, glicerol, y así sucesivamente; el material puede reciclarse para construir nuevas proteínas y fosfolípidos. 3. Los lisosomas también actúan como agentes suicidas en las células viejas y debilitadas. Este proceso se conoce como autólisis. El lisosoma liberará todas sus enzimas directamente al citoplasma de la célula y la destruirá junto con sus organelos.

Retículo endoplásmico

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Membrana externa Compartimento externo Membrana interna Crestas Matriz

FIGURA 3-8. La estructura de las membranas de una mito-

condria típica.

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El retículo endoplásmico, o RE, es un complejo sistema de membranas que forma una colección de cavidades delimitadas por membranas. Con frecuencia éstas se interconectan para formar un sistema de canales en el citoplasma. El tamaño y la forma de estas cavidades varían con el tipo de célula. Cuando las cavidades son de tipo saco o de canal, se denominan cisternas y se utilizan para almacenar y transportar materiales sintetizados por la célula. El RE se puede unir a la membrana externa de la membrana o envoltura nuclear, e interconectarse con la membrana celular (Figura 3-9). Con el uso del microscopio electrónico, se descubrió que existen dos tipos de RE: el liso y el rugoso.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

en las células de las gónadas, en donde se sintetizan las hormonas sexuales. Parece que una de sus funciones es participar en la síntesis de hormonas sexuales. También se encuentra en las células de los lacteales de las vellosidades del intestino delgado. Por eso también se cree que participa en el transporte de grasas.

Productos secretorios (polisacáridos, proteínas, etc.) Vesículas secretorias

El aparato de Golgi

Cisterna Golgi

El aparato de Golgi también se llama cuerpo de Golgi. Consiste en un ensamble de cisternas planas tipo saco que se parecen a una pila de hot-cakes (Figura 3-9). Los cuerpos de Golgi pueden diferir en tamaño y compactación. Funcionan como los sitios donde se acumulan y concentran los compuestos que serán secretados por la célula. Suelen observarse unidos al RE. Cuando las secreciones de la célula son una combinación de proteínas y carbohidratos, los carbohidratos serán sintetizados en el aparato de Golgi y los complejos de proteínas con carbohidratos se ensamblan ahí. En el páncreas, las enzimas sintetizadas por los ribosomas se recolectan en las membranas del aparato de Golgi y después se secretan. También se pueden originar lisosomas a partir del aparato de Golgi, cuando las enzimas digestivas se acumulan en él.

Proteína sintetizada para ser usada internamente

Proteína sintetizada para ser exportada

RE liso RE rugoso

Ribosomas

Poro nuclear

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Núcleo

FIGURA 3-9. La estructura y la naturaleza del retículo endo-

plásmico y del cuerpo de Golgi.

El RE rugoso o granular Todas las células tendrán un RE granular o rugoso. Se denomina rugoso o granular porque tiene ribosomas unidos a éste. Éstos son los gránulos observados en el RE. Por lo tanto, el RE rugoso es uno de los sitios de síntesis proteica. Las proteínas que serán secretadas por la célula se sintetizan ahí. Las cavidades y las vesículas del RE rugoso funcionan en la segregación y el transporte de estas proteínas en la preparación para su posterior descarga o procesamiento. El RE rugoso también puede estar involucrado en la síntesis de enzimas digestivas que formarán parte de los lisosomas.

El RE liso o agranular Ocasionalmente, un RE agranular o liso, se unirá a un RE granular (Figura 3-9). Estructuralmente, la forma lisa difiere de la forma rugosa. La forma lisa no tiene ribosomas unidos. También tiene funciones diferentes. Sólo ciertas células tienen RE liso o agranular. Se encuentra

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Ribosomas Los ribosomas son pequeños gránulos distribuidos por todo el citoplasma, éstos se encuentran unidos al RE rugoso o granular. No se encuentran rodeados por una membrana. Los ribosomas se componen de ARN ribosomal y de proteínas. Durante la síntesis de proteínas el ARN mensajero se une a los ribosomas. Existe una gran cantidad de ribosomas en la célula porque son esenciales para la función celular, pues son los sitios de síntesis proteica.

Síntesis de proteínas Las proteínas son esenciales para la función y la estructura celular. Éstas forman parte de las estructuras membranales (las proteínas se encuentran asociadas a la bicapa lipídica). Las enzimas son proteínas catalizadoras (todas las reacciones químicas celulares requieren enzimas), y nuestro sistema inmune funciona gracias a la producción de anticuerpos (proteínas de gran tamaño) que atacan a las proteínas extrañas (antígenos). El código para sintetizar una proteína particular se encuentra en la molécula de ADN, dentro del núcleo. Los genes en la molécula de ADN contienen el código genético. Sin embargo las proteínas son sintetizadas en los ribosomas. Por lo tanto, este código debe ser copiado y transportado hacia los ribosomas. Una molécula especial, llamada ARN mensajero (ARNm) copia el código a partir de la molécula de ADN dentro del núcleo. Este proceso se denomina transcripción, y ocurre con la ayuda

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

de una enzima llamada polimerasa de ARN o ARN polimerasa. Después, el ARNm sale del núcleo a través de un poro nuclear, y se dirige al citoplasma, hacia un ribosoma o un grupo de ribosomas. El ribosoma ayudará a ensamblar las proteínas, ya que ahora tiene el código o receta para producirlas. Para sintetizar una proteína, el ribosoma requiere de ingredientes que son los aminoácidos. Otra molécula llegará al citoplasma y reunirá cada aminoácido. Esta molécula es el ARN de transferencia (ARNt). Contiene el código para un aminoácido particular especificado por tres bases nitrogenadas en un extremo de la molécula conocido como el anticodón (Figura 3-10). Estas tres bases establecen complementariedad con tres de las bases de la molécula del ARNm, denominadas el codón. De esta forma, una serie de moléculas de ARNt

acarrean aminoácidos a ciertos sitios de la molécula de ARNm. Este proceso se llama traducción (lectura del código y transferencia de los aminoácidos apropiados a la secuencia que marca el codón en el ARNm). Enseguida, los ribosomas, con la asistencia de algunas enzimas, van posicionando y uniendo los aminoácidos para formar una cadena polipeptídica (Figura 3-11). Los numerosos ribosomas que se encuentran en la célula indican la importancia de la síntesis proteica para la supervivencia y funcionalidad de la célula.

Centriolos En las células animales se encuentran dos centriolos dispuestos en ángulo recto cerca de la membrana nuclear. En conjunto el par se denomina centrosoma. Se componen

Extremo de unión OH al aminoácido

Asa

Asa del anticodón

A

G

U

Anticodón

U

C

A

Codón ARNm

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Asa

FIGURA 3-10. La estructura de una molécula de ARN de transferencia.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

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Núcleo Cadena de ADN Nucleolo

Transcripción

Citoplasma Cadena de ARNm

Cadena de ARNm Ribosoma

AR

Nt

ARNt

AR

Nt

Traducción

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Poza de aminoácidos

FIGURA 3-11. Una visión general del proceso de síntesis de proteínas.

de nueve juegos de fibras triples (Figura 3-12). La fibra interna de cada triplete se conecta con la fibra externa del triplete adyacente mediante una subfibrilla. Durante la división celular los centriolos se mueven a cada lado de la célula que se divide, y se posicionan en los polos opuestos de la célula. A partir de este momento forman un sistema de microtúbulos, que son cilindros largos y huecos hechos de una proteína llamada tubulina. Estas fibras, o microtúbulos, redistribuyen los cromosomas duplicados en las células hijas apropiadas, durante la división celular.

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Cilios y flagelos Los cilios y flagelos son organelos celulares ubicados en la superficie celular. Se componen de fibrillas que sobresalen de la célula y que vibran o se mueven como látigos. Algunos organismos unicelulares usan estas estructuras para moverse en su medio. Por ejemplo, euglena tiene un flagelo que la mueve en el agua, mientras que paramecium está cubierto con varias filas de cientos de cilios que le permiten nadar en el agua estancada. En el cuerpo humano, el espermatozoide se mueve gracias a un flagelo

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Triplete de microtúbulos

Doblete externo Brazo entre dobletes

Membrana plasmática

Microtúbulo central

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Cilio o flagelo

que lo ayuda a alcanzar el óvulo en la parte superior de las trompas de Falopio, donde se unen para llevar a cabo la fertilización. Las células estacionarias, como las que recubren nuestro tracto respiratorio, están cubiertas con cilios en su borde libre para mover el paquete de mocopolvo hacia arriba, a través de las superficies celulares y llevar este material a la garganta, donde será tragado y posteriormente desechado por el cuerpo. Aunque los cilios y flagelos son similares anatómicamente, un flagelo es considerablemente más grande que un cilio. Una célula con cilios tendrá varias filas de cilios, pero una célula con flagelos tendrá uno (como los espermatozoides), o dos o cuatro, como algunos protozoarios unicelulares. Externamente, estas estructuras son protuberancias de la membrana celular parecidas a un cabello. Internamente se componen de nueve fibrillas dobles dispuestas en un anillo cilíndrico alrededor de dos fibrillas centrales (Figura 3-13). Los microtúbulos o fibrillas del flagelo se originan en una estructura llamada cuerpo basal, que se encuentra justo debajo del área que conecta el flagelo con la membrana celular. El cuerpo basal tiene una estructura cilíndrica, como el centriolo, es decir, también se compone de nueve juegos de fibrillas triples.

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Membrana plasmática

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FIGURA 3-12. La estructura de un centriolo.

FIGURA 3-13. La anatomía interna de un cilio o de un flagelo.

Plástidos en las células vegetales En nuestro ejercicio de laboratorio sobre las células analizaremos y compararemos las células animales con las vegetales. Por lo tanto, es necesario discutir los organelos que sólo se encuentran en las células vegetales. El más común y más numeroso es el cloroplasto, que origina el color verde de las plantas. Los cloroplastos son organelos grandes que se encuentran principalmente en las células vegetales (Figura 3-14). Éstos contienen el pigmento verde clorofila. Estos organelos son el sitio donde se lleva a cabo la fotosíntesis. Es aquí donde la energía luminosa del sol se convierte en energía química y alimento para el uso tanto de plantas como de animales. Sin las plantas y sus

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Membrana doble

Tilacoide

Lamela

Grana

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

FIGURA 3-14. La anatomía interna de un cloroplasto.

cloroplastos, los animales no podrían sobrevivir en este planeta. El proceso de fotosíntesis ocurre dentro del cloroplasto. La ecuación química es la siguiente: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 o glucosa (azúcar, alimentos) + 6O2 (el aire que respiramos) + 6H2O Los cloroplastos son lo suficientemente grandes como para ser vistos bajo el microscopio. Están delimitados por una membrana externa, pero la segunda estructura membranosa interna es bastante compleja. El interior contiene muchas pilas de membranas llamadas grana. Una grana se compone de una pila de membranas dobles individuales llamadas tilacoides. Las granas se

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conectan entre sí por un sistema diferente de membranas, llamadas lamelas. Las granas se componen de proteínas, enzimas, clorofila y otros pigmentos organizados en una estructura laminar. Las células vegetales también tienen otros dos tipos de plástidos. Los cromoplastos tienen una estructura parecida a la de los cloroplastos pero contienen otros pigmentos, como los carotenoides. Los pigmentos carotenoides son xantofilas, que producen un color amarillo (la piel de los plátanos), y carotenos, que producen un color rojo (jitomates y zanahorias). Estos pigmentos también producen los colores de los pétalos de las flores y de las frutas. Otro tipo de plástido son los leucoplastos. Los leucoplastos no tienen ningún pigmento, son plástidos de almacenamiento. El bulbo de una cebolla está lleno de leucoplastos donde se almacena azúcar y la papa contiene leucoplastos donde almacena almidón.

La pared celular de las células vegetales La membrana celular de una célula vegetal está rodeada por una cubierta semirrígida llamada pared celular, compuesta por un carbohidrato complejo, la celulosa. Ésta se sintetiza en el aparato de Golgi mediante la reunión de unidades de glucosa. Este material es el que llamamos fibra y es la parte no digerible de nuestra dieta, por lo que mantiene nuestras heces firmes. Debemos comer frutas y vegetales para mantener un balance de fibras en nuestra dieta. Esta fibra puede ayudar a prevenir el desarrollo del cáncer de colon. A diferencia de las células vegetales, las células animales no tienen pared celular.

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE La apoptosis es un proceso natural mediante el cual, las células del cuerpo mueren. Éste se encuentra controlado por genes específicos. Durante este proceso se eliminan las células dañadas, las células que han sobrepasado su tiempo natural de vida y que necesitan ser sustituidas, las células que han sido infectadas por patógenos y ciertas células cancerígenas. Conforme envejecemos, los procesos de reparación y de división celular para sustituir las células viejas son mas difíciles de lograr. Algunos biólogos creen que en realidad existen “genes de la muerte” que se activan a lo largo de la vida, dando como resultado el deterioro y la muerte celular.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

Campo

PROFESIONAL

É Éstos son los campos profesionales disponibles para los individuos interesados en la estructura celular y su función: es ● Biólogo celular; estudia la anatomía y función de los organelos celulares. Esta

área se trabaja en las universidades y centros médicos ya sea como investigadores o técnicos. ● Microscopista electrónico, equipado con un entrenamiento especial para operar el microscopio electrónico, puede encontrar empleo en hospitales, universidades, industria y compañías farmacéuticas.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. La célula es la unidad básica de organización biológica. Está compuesta de un medio fluido llamado protoplasma, que a su vez se encuentra rodeado por una membrana celular o plasmática. Las estructuras dentro de este protoplasma se denominan organelos. 2. El protoplasma dentro del núcleo se denomina nucleoplasma; el protoplasma fuera del núcleo es el citoplasma.

HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR 1. Dos alemanes, Matthias Schleiden, un botánico, y Theodor Schwann, un zoólogo, fueron los primeros biólogos en proponer la teoría celular en la década de 1830. 2. La teoría celular moderna establece que las células son las unidades básicas de organización de todos los organismos; todos los organismos se componen de una o más células; las células surgen sólo de células preexistentes mediante la división celular; y todas las células existentes son descendientes de las primeras células formadas en la historia evolutiva de nuestra vida en la Tierra.

LA MEMBRANA CELULAR 1. La membrana celular o membrana plasmática, se compone de una doble capa de fosfolípidos con proteínas asociadas a ésta. 2. La capa de fosfolípidos permite el paso libre de moléculas de agua a través de la membrana celular por vía ósmosis, mientras que las proteínas actúan como canales, áreas de transporte activo, sitios receptores y marcadores de identidad para la célula.

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3. Este arreglo molecular de la membrana celular se conoce como patrón de mosaico fluido y es el responsable de la permeabilidad selectiva de la membrana. A través de la membrana entran y salen materiales de la célula.

CITOPLASMA CELULAR 1. El principal constituyente del citoplasma es el agua. Los compuestos químicos como las sales minerales se disuelven en solución en este líquido; los compuestos químicos con enlaces C-H (moléculas orgánicas) se encuentran en suspensión coloidal. 2. En una solución, los átomos individuales o iones, se distribuyen a través del medio acuoso; en un coloide, son grupos de átomos, en lugar de átomos individuales, los que se distribuyen en un medio acuoso. 3. La molécula del agua tiene propiedades únicas, las cuales determinan si las moléculas se disolverán en solución o en suspensión coloidal. El átomo de oxígeno en el H2O tiene una mayor atracción de electrones que los átomos de hidrógeno en el enlace H-O; por lo tanto, el átomo de oxígeno es ligeramente negativo, mientras que los dos átomos de hidrógeno son ligeramente positivos. 4. Los compuestos polares, como las sales minerales con enlaces iónicos, se disolverán en agua y entrarán en una solución; los compuestos no polares, como las moléculas con enlaces covalentes, como las proteínas, carbohidratos, grasas y ácidos nucleicos, entrarán en una suspensión coloidal. 5. El citoplasma de la célula también contiene gránulos de almacenamiento, micelas de grasa y vacuolas.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

EL NÚCLEO 1. El núcleo es el centro de control celular. Está rodeado por una membrana nuclear doble. La membrana nuclear interna rodea la parte fluida del núcleo, llamada nucleoplasma, mientras que la membrana externa se conecta con el retículo endoplásmico. 2. La membrana nuclear se encuentra perforada con poros que permiten el paso de materiales, como el ARN mensajero, para que salga del núcleo y llegue al citoplasma de la célula. 3. El material genético dentro del nucleoplasma se observa como hebras oscuras de ácido nucleico conocidas como cromatina. Esta cromatina se duplicará, acortará y engrosará durante la división celular y se hará visible como cromosomas. 4. El nucleolo es una partícula esférica dentro del nucleoplasma que no tiene una membrana protectora. Es el sitio donde se forman los ribosomas.

LAS MITOCONDRIAS 1. Las mitocondrias son la planta generadora de energía celular. Cada mitocondria se compone de dos membranas. La membrana externa le da forma de cápsula, y la membrana interna se invagina sobre sí misma para incrementar su área superficial. 2. Los dobleces internos de la mitocondria se llaman crestas. En la mitocondria ocurre la fase aeróbica de la respiración celular: C6H12O6 + 6O2 → ATP (energía) + 6CO2 + 6H2O 3. Las células con mayores requisitos energéticos, como las células musculares, tendrán mitocondrias con muchas crestas; aquellas con menores requisitos tendrán menos crestas.

LISOSOMAS 1. Los lisosomas son estructuras pequeñas en el citoplasma rodeadas por una membrana, éstos contienen enzimas digestivas poderosas. 2. Los lisosomas funcionan en tres diferentes formas en las células: funcionan junto con las vacuolas alimenticias para digerir los alimentos almacenados; funcionan en el mantenimiento y reparación de los organelos celulares; y actúan como agentes suicidas para eliminar las células viejas y debilitadas.

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO 1. El retículo endoplásmico o RE es un complejo sistema de membranas que consiste en un conjunto

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de cavidades o canales delimitados por una membrana. Estos canales son llamados cisternas. 2. El RE se conecta con la membrana externa nuclear y con la membrana celular. 3. Existen dos tipos de RE. Todas las células tienen un RE rugoso o granular con ribosomas unidos a sus membranas. La función de un RE rugoso es la síntesis proteica. Algunas células tienen un RE liso o agranular, que no tiene ribosomas unidos. La función de un RE liso puede ser el transporte de grasas o la síntesis de hormonas sexuales.

EL APARATO DE GOLGI 1. El cuerpo o aparato de Golgi es un conjunto de sacos planos tipo cisterna que parecen una pila de hot cakes. 2. Funcionan como puntos dentro del citoplasma donde se concentran los compuestos que serán secretados por la célula. Actúan como los almacenes de la célula. 3. Si la célula se encuentra sintetizando carbohidratos y proteínas, los carbohidratos serán sintetizados en el aparato de Golgi.

RIBOSOMAS 1. Los ribosomas son pequeños gránulos distribuidos en todo el citoplasma y unidos al RE rugoso. No están cubiertos por una membrana. 2. Los ribosomas son el sitio de la síntesis proteica.

SÍNTESIS PROTEICA 1. Las proteínas funcionan en las vías principales y esenciales para el funcionamiento y la supervivencia celular. Son parte de la estructura de las membranas; actúan como enzimas o catalizadores que originan reacciones químicas en las células; también participan en nuestra respuesta inmunológica. 2. El código para sintetizar una proteína particular se encuentra contenido en un gen de la molécula de ADN. El ADN se encuentra en el núcleo, mientras que la proteína se forma en un ribosoma localizado en el citoplasma. 3. Una molécula especial, llamada ARN mensajero, copia el código de la molécula de ADN en un proceso llamado transcripción. El ARNm sale del núcleo a través de un poro nuclear y lleva el código a un ribosoma o grupo de ribosomas. 4. Otras moléculas, llamadas ARN de transferencia, van al citoplasma y acarrean aminoácidos particulares. Cada molécula de ARNt, en uno de

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

sus extremos contiene una secuencia conocida como anticodón, la cual es específica para reconocer un aminoácido particular. El extremo con el anticodón sólo podrá complementar un sitio en la molécula de ARNm llamado codón. Este proceso se conoce como traducción. 5. Los ribosomas unirán los aminoácidos que llevó cada ARNt al ARNm, y con la ayuda de enzimas, construirán las proteínas.

CENTRIOLOS

LA PARED CELULAR EN LAS CÉLULAS VEGETALES 1. La membrana celular de las células vegetales está rodeada por una cubierta semirrígida llamada pared celular. Se compone de celulosa, sintetizada por el aparato de Golgi, que a su vez es secretada a través de la membrana celular. 2. La celulosa es el material de nuestra dieta que llamamos fibra.

PREGUNTAS DE REPASO

1. En la célula se pueden encontrar dos centriolos dispuestos en ángulo recto, cerca de la membrana nuclear. El par de centriolos se conoce como un centrosoma. 2. Cada centriolo se compone de nueve juegos de fibras triples. 3. Los centriolos forman el huso mitótico durante la división celular y guían a los cromosomas duplicados hacia las células hijas.

1. Define una célula. 2. Enlista los puntos principales de la teoría celular moderna. * 3. ¿Por qué se le llama modelo de mosaico fluido a la estructura molecular de la membrana celular? * 4. Explica por qué algunos compuestos químicos se disuelven en solución y otros se suspenden en estado coloidal dentro del citoplasma celular. * 5. ¿Por qué se considera al núcleo como el centro de control celular? * 6. Basándote en su estructura, ¿por qué se compara a las mitocondrias con plantas generadoras de energía? 7. Enlista tres funciones de los lisosomas. 8. ¿Cuáles son los dos tipos de retículo endoplásmico y cuál es su función en la célula? 9. ¿Cuál es la función del aparato de Golgi? * 10. ¿Por qué son tan numerosos los ribosomas en el citoplasma de las células? 11. Enlista tres funciones importantes de las proteínas en la célula. 12. ¿Qué es un centrosoma? 13. Enlista las funciones de cilios y flagelos. 14. Nombra y define los tres tipos de plástidos encontrados en las células vegetales. * 15. ¿Por qué se deben estudiar las células vegetales en las clases de Anatomía y Fisiología?

CILIOS Y FLAGELOS 1. Los cilios son proyecciones cortas semejantes a un cabello, mientras que los flagelos son proyecciones largas, ambas se originan en la membrana celular. Internamente se componen de nueve fibrillas dobles arregladas dispuestas en anillo alrededor de dos fibras centrales. 2. Una célula con cilios tendrá varias filas de cilios que mueven materiales por el borde libre de la célula, como lo hacen las células del tracto respiratorio, que mueven el paquete de moco y polvo hasta que llega a nuestra garganta. 3. Una célula flagelada, como las células espermáticas, puede hacer uso de su flagelo para moverse en su medio.

PLÁSTIDOS DE LAS CÉLULAS VEGETALES 1. El plástido más común de las células vegetales es el cloroplasto, que contiene el pigmento verde clorofila, que le permite a las células vegetales realizar la fotosíntesis. 2. La fotosíntesis es la conversión de energía luminosa (del sol) en energía química (alimentos como la glucosa). 3. Los cromoplastos son plástidos que contienen los pigmentos carotenoides xantofila (amarillo) y caroteno (naranja-rojo). 4. Los leucoplastos son plástidos que almacenan alimentos (ejs., azúcar y almidón). No contienen pigmentos y son incoloros.

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Preguntas de pensamiento crítico

LLENA LOS ESPACIOS EN BLANCO Llena los espacios en blanco con el concepto apropiado. 1. La teoría celular fue propuesta en la década de 1830 por ____________________ y ____________________. 2. Los detalles modernos de la estructura celular han sido estudiados en gran parte gracias a la invención del microscopio ____________________.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

3. Las membranas celulares se componen de capas, una bicapa de ____________________ con ____________________ asociadas en esta doble capa. 4. El principal componente del citoplasma es ____________________. 5. En una solución, los átomos o iones ____________________ de una sustancia se distribuyen en todo el medio. 6. En un coloide, los _______________________ de átomos se distribuyen en todo el medio. 7. Gracias a que el átomo de oxígeno, en la molécula de H2O, atrae con mayor fuerza a los electrones que el átomo de H en el enlace H-O, el átomo de oxígeno tiene una carga ligeramente ____________________ y los átomos de hidrógeno tienen una carga ligeramente ____________________. 8. Las moléculas con enlaces iónicos se llaman ____________________, mientras que las moléculas con enlaces covalentes se denominan moléculas ____________________. 9. La membrana o envoltura nuclear se compone de dos membranas; la membrana externa generalmente se continúa con el ____________________, que con frecuencia presenta ribosomas unidos a él. 10. El medio fluido del núcleo se denomina____________________. 11. Durante la división celular, la cromatina se condensa en estructuras gruesas tipo varilla llamadas ____________________, que se vuelven visibles bajo el microscopio fotónico.

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17. La síntesis proteica ocurre en los ____________________, que se componen de ARN y proteínas, y no se encuentran rodeados por una membrana. 18. El interior de los cloroplastos consiste de muchas pilas de membranas llamadas ____________________. 19. Internamente, un flagelo se compone de ____________________ fibras dobles arregladas en un anillo cilíndrico alrededor de ____________________ fibrillas individuales centrales. 20. Los centriolos forman la ____________________, que distribuye a las cromosomas hijas durante la división celular a las células hijas

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número con el concepto apropiado en la columna izquierda. _____ Mitocondria 1. Lisosomas _____ Células 2. Lacteales musculares 3. Síntesis de proteínas _____ Enzimas 4. Redistribución _____ Hormonas cromosómica sexuales 5. Planta generadora de la _____ Ribosomas célula _____ Cloroplastos 6. Movimiento _____ Centriolo 7. Pigmentos carotenoides _____ Flagelo 8. Cisternas _____ Pared celular 9. Muchas crestas _____ Canales del RE 10. Retículo endoplásmico liso 11. Celulosa 12. Sitio de fotosíntesis

12. Una partícula esférica dentro del núcleo que no posee una membrana que la recubra es un ____________________; es el sitio de síntesis de ribosomas. 13. Las convoluciones de la membrana interna de la mitocondria se denominan ____________________. 14. Los _______________________ son pequeños cuerpos en el citoplasma que contienen enzimas que promueven la lisis de los componentes celulares. 15. Cuando las cavidades unidas a la membrana del retículo endoplásmico tienen forma de canal o saco se denominan ____________________. 16. El ____________________ parece funcionar como un sitio de la célula donde los compuestos que van a ser secretados por ella se acumulan y concentran, así como el sitio de síntesis de los carbohidratos.

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

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ESTRUCTURA CELULAR

Material necesario: Microscopio fotónico compuesto, preparaciones microscópicas de la letra “e”, hilos de colores, una planta Elodea o Cabomba viva así como un bulbo de cebolla, cultivo vivo de Paramecium, mondadientes de terminación plana y tinción azul de metileno, microscopio estereoscópico (de disección) y musgo, un video o CD-ROM sobre “Cómo usar un microscopio”.

I. USO DE UN MICROSCOPIO FOTÓNICO COMPUESTO

Oculares Tubo de observación binocular

Revólver

Brazo

Objetivos

Platina

Clips de la platina

Tu microscopio compuesto es un equipo caro y delicado que por ende debe ser manejado con cuidado. La Figura 3-15 muestra las partes de un microscopio fotónico compuesto.

A. PARTES DE UN MICROSCOPIO COMPUESTO 1. Toma tu microscopio del área donde se almacenan. Usa tus dos manos. Toma el brazo con una mano y apoya la base con tu otra mano. Lleva el microscopio a tu mesa de laboratorio y colócalo con cuidado. Desenrolla el cable de luz y conéctalo. 2. Identifica el cuerpo tubular. En la parte superior de éste se encuentran los lentes oculares, que en general vienen con una magnificación de 10×. Al final del cuerpo tubular se encuentran los otros elementos de magnificación atornillados en el revólver. Estos elementos se llaman lente objetivo. Aunque el número de las lentes objetivo varía, generalmente podemos encontrar un objetivo con baja resolución (magnificación 10×) y uno de alta resolución (magnificación de 40×).

Lámpara de iluminación con filtros

Sistema de ajuste macro/ micrométrico

© Delmar/Cengage Learning

E JE R CICIO DE L A B O R ATORIO:

Base

FIGURA 3-15. Las partes de un microscopio fotónico compuesto.

3. Debajo del cuerpo tubular se encuentra la platina, que es la pieza plana donde se colocan las preparaciones. Puede ser una platina mecánica móvil. La platina tendrá clips para sostener la preparación en su lugar. Habrá una perforación en la platina para permitir que la luz se refleje a par(continúa)

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

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ESTRUCTURA CELULAR (Continuación) tir de la lámpara a través de la apertura en la platina. Por lo tanto la luz pasa a través del espécimen que se encuentra en la preparación del microscopio y llega al cuerpo tubular, resultando en una imagen en la retina de tu ojo. 4. La importancia de la luz hace necesario que se ajuste cuidadosamente. Tu microscopio puede o no tener un condensador, que concentra la luz. Justo debajo de la platina se puede encontrar el iris del diafragma. Practica moviendo la palanca del iris del diafragma y observa los cambios de luz al mirar a través del lente ocular. Si tienes un diafragma de placa o disco, practica cambiando los distintos tamaños para observar los cambios en la intensidad de la luz. 5. Cuando se observa un objeto bajo el microscopio se requiere que tengas las lentes a cierta distancia del objeto. Esto se denomina trabajo a distancia. A la distancia correcta de trabajo, el objeto se encuentra enfocado. Los cambios y ajustes en el foco se logran al usar las manijas de ajuste micrométrico y macrométrico ubicadas en el brazo.

B. MAGNIFICACIÓN 1. El poder de magnificación de la mayoría de los objetivos y oculares está grabado en ellos. El lente ocular estará marcado en la parte superior. Los objetivos están marcados en un lado. 2. Los objetivos de baja resolución tendrán grabado un 10×, que significa que este objetivo producirá una imagen 10 veces más grande que el objeto en la preparación del microscopio. 3. Cuando se usa un microscopio compuesto, se usan dos juegos de magnificadores. El lente ocular tiene una magnificación de 10×, y los objetivos de baja resolución de 10×. Bajo estos lentes, el objetivo forma una imagen en el cuerpo tubular 10 veces más grande que el objeto en la preparación; el lente ocular de 10× magnifica esta imagen otras 10 veces. Por lo tanto, la imagen que alcanza tu ojo tiene una magnificación total de 100 veces.

C. USO DEL MICROSCOPIO 1. Después de haber revisado sus partes, ahora estás listo para usar el microscopio. Asegúrate de que el microscopio se encuentre conectado a la corriente eléctrica; coloca el microscopio en tu mesa de laboratorio con los lentes oculares hacia ti. Enciende el foco. Limpia los lentes oculares y los objetivos con el papel para lentes que te provea tu maestro. 2. Obtén una preparación microscópica con la letra e y colócala en la platina sobre la apertura de ésta. Asegúrate de que la letra e esté cubierta con un cubreobjetos y quede en el centro de la apertura. Asegura la preparación con los clips. Coloca los objetivos de baja resolución en su lugar. Sonará un clic y se bloquearán en su posición. Baja el objetivo girando la perilla macroscópica. Tu microscopio debe tener un tope automático para que no rompas el cubreobjetos. Mira a través del lente ocular. Nota la apariencia de la letra e bajo esta resolución. Enfócala ajustando lentamente la perilla de ajuste micrométrico. Ahora observa de nuevo la letra e, está de cabeza, pero cuando la vez a través del microscopio se encuentra en el sentido correcto. Ahora mueve la platina hacia la derecha; la letra e se mueve hacia la izquierda; ahora mueve la platina hacia la izquierda y observarás que la letra e se mueve hacia la derecha. Mueve la platina lejos de ti (hacia arriba), la letra e se mueve hacia ti (abajo). Mueve la platina hacia ti (abajo); la letra e se aleja de ti (arriba). Estos fenómenos se llaman inversiones. Practica moviendo la platina para que te acostumbres a las inversiones. 3. Si quieres ver con mayor detalle debes cambiar el objetivo de mayor resolución. Usando tu pulgar y dedo índice desbloquea el objetivo de baja resolución y mueve el objetivo de alta resolución a la posición adecuada rotando el revolver. Ahora usa solamente la perilla del ajuste micrométrico para llevar esa parte de la letra e a un punto de enfoque. Podrás notar como el campo de visión disminuyó conforme el objeto que se analiza se observa de mayor tamaño. Tu magnificación en alta resolución es de 10× (lente ocular) × 40× del objetivo de alta resolución = 400. Recuerda ajustar la luz si es necesario. (continúa)

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CAPÍTULO 3 Estructura de la célula

ESTRUCTURA CELULAR (Continuación)

D. PRECAUCIONES IMPORTANTES 1. Usa solamente la perilla de ajuste micrométrico para enfocar bajo el objetivo de alta resolución. Nunca uses la de ajuste macrométrico bajo esta resolución. 2. Utiliza sólo papel especial para limpiar los lentes y los objetivos; nunca uses pañuelos desechables o servilletas ni ningún otro material no adecuado. Éstos pueden rayar los delicados lentes. Siempre limpia los lentes antes y después de la práctica de laboratorio. 3. Mantén la base del microscopio seca todo el tiempo para prevenir la corrosión de las partes metálicas.

E. PROFUNDIDAD DEL FOCO 1. Obtén una preparación microscópica con tres hilos de colores montados juntos. En baja potencia (100×), enfoca el punto donde los tres hilos se cruzan. Ahora, usando la perilla de ajuste micrométrico, enfoca hacia arriba y hacia abajo. Conforme haces esto, nota las diferentes partes de los hilos y observa como se diferencia un hilo del otro. Cuando una hebra se encuentra enfocada, las otras dos se encuentran borrosas. Al enfocar continuamente las hebras, puedes percibir la dimensión de profundidad que no es evidente cuando el foco se encuentra descansando en una sola posición. 2. Ahora pon el objetivo de alta resolución y nota que puedes ver mucho menos profundidad que bajo la de menor resolución. De hecho, puede ser que no seas capaz de distinguir claramente una hebra bajo esta resolución. 3. La distancia vertical que permanece en foco en cualquier momento se denomina profundidad del foco o profundidad de campo. El medio en el que se encuentran embebidas las hebras de hilo entre el cubreobjetos y el portaobjetos es como la profundidad del agua en una alberca. Cuando el espécimen se encuentra cerca de la superficie o del cubreobjetos, se encuentra enfocado; se irá desenfocando si se aleja de éste (si es un espécimen vivo, como el Paramecium, que observarás más tarde).

II. EL MICROSCOPIO DE DISECCIÓN 1. Otro microscopio común en los cursos de Anatomía y Biología es el microscopio

de disección binocular. Tu maestro tendrá listo uno para hacer una demostración para todos. Este microscopio tiene un par de oculares, uno para cada ojo. La distancia entre los oculares puede ajustarse juntándolos o separándolos hasta que los hayas ajustado a la posición correcta de tus ojos. El par ocular tiene una magnificación de 10×. La parte movible de los lentes objetivos generalmente es de 1× o 2×. 2. Coloca un musgo pequeño en la platina del microscopio (usualmente es una placa redonda de vidrio). Mueve la planta y cambia el lente objetivo para observar el arreglo de las venas en las hojas.

III. EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO Los microscopios fotónicos sólo pueden magnificar cerca de 2000×. Gran parte de nuestro conocimiento de la estructura fina ha sido derivada de las imágenes tomadas con el microscopio electrónico. Éste usa un haz de electrones en lugar de luz, e imanes en lugar de lentes de vidrio. Los haces de electrones tienen una longitud de onda mucho más corta que la luz visible, y al refractarlos con imanes se produce una resolución miles de veces mayor a la que se produce con un haz de luz. Se requiere entrenamiento especial para utilizarlo. Observa las fotografías de los detalles celulares que se pueden tomar con un microscopio electrónico. Tu maestro hará una presentación con varias diapositivas que contengan imágenes tomadas con este microscopio.

IV. PREPARANDO TUS PROPIAS MUESTRAS HÚMEDAS Las muestras húmedas se preparan colocando una gota de material sobre un portaobjetos limpio. Si el material está seco, coloca una gota de agua al centro de la preparación. Se coloca un cubreobjetos en la parte superior del material, sosteniéndolo en un ángulo de 45° hasta que el borde del cubreobjetos toque la gota de agua. Después deja caer lentamente el cubreobjetos sobre el material. El agua empujará el aire en frente de ella, de esta manera se previenen las burbujas de agua.

A. CÉLULAS DE EPIDERMIS HUMANAS 1. Frota suavemente el interior de tu mejilla con un mondadientes plano. Prepara un (continúa)

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ESTRUCTURA CELULAR (Continuación)

B. CÉLULAS VEGETALES 1. Corta una cebolla en cuartos; con los fórceps pela un pedazo de epidermis del interior de una de las hojas del bulbo. Crea una preparación húmeda montando este pedazo de epidermis sobre una gota de agua; trata de evitar que el tejido se doble. 2. Compara esto con el epitelio celular humano. Estas células vegetales tienen paredes celulares rígidas, que se pueden observar con facilidad bajo el objetivo de baja resolución. Cambia al objetivo de alta resolución y observa el núcleo y varios nucleolos. Nota la gran vacuola celular y el citoplasma limpio. No existen cloroplastos en el bulbo de la cebolla. 3. Toma una hoja joven de la parte superior de una Elodea acuática o de una Cabomba. Haz una preparación húmeda y observa los grandes cloroplastos verdes en las células de esta planta. Nota el gran número de cloroplastos en el citoplasma de las células, aun vistos con baja resolución. Existen tantos cloroplastos que cualquier otro contenido

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celular se oscurece. En las hojas jóvenes, el citoplasma se mueve en corrientes; por lo tanto, los cloroplastos se moverán en una corriente dentro de la célula. De nuevo nota la pared celular rígida hecha de celulosa. La membrana celular es empujada contra la pared celular por lo que no es visible como una entidad separada.

C. ANIMAL UNICELULAR VIVO: PARAMECIUM Haz un montaje húmedo de Paramecium colocando una gota del cultivo (tu maestro lo proveerá) en un portaobjetos cubierto por un cubreobjetos. El Paramecium es un animal ciliado unicelular (Figura 3-16). Examina tu preparación con el objetivo de baja resolución porque los Paramecia son nadadores activos en el medio acuoso. Observa las estructuras del animal, especialmente los cilios que se observan en el borde de la membrana celular, el gran macronúcleo y el surco oral.

Cilios Vacuola alimenticia Tricocistos

Citoplasma

Macronúcleo Micronúcleo Surco oral

Citofaringe Vacuola contráctil

Poro anal

© Delmar/Cengage Learning

portaobjetos colocando una gota de agua en su centro. Coloca el frotis en la gota de agua. Añade una pequeña cantidad de tinción azul de metileno a la gota de agua, dejando caer una gota de la tinción en la gota de agua con las células. Mezcla la tinción, el agua, y el frotis con el mismo mondadientes. Cúbrelos con el cubreobjetos. Ésta es la única preparación en la que utilizaremos tinción. 2. Has removido algunas células epiteliales que recubren tu boca. Estas células se desgastan continuamente y son reemplazadas por nuevas. Por lo tanto, es fácil que se desprendan en grandes cantidades. 3. Bajo el objetivo de baja resolución, observa tu preparación hasta que encuentres células individuales. Ahora obsérvalas con el objetivo de alta resolución. Nota que las células son planas y de forma irregular. Ubica el núcleo, el nucleolo, la membrana nuclear, el citoplasma y la membrana celular. Los gránulos oscuros en el citoplasma seguramente son mitocondrias. También podrías observar algunas vacuolas.

FIGURA 3-16. La estructura de un Paramecium.

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Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Definir metabolismo. 2. Describir las etapas básicas de la glucólisis e indicar los principales productos y la producción de ATP. 3. Describir el ciclo de Krebs del ácido cítrico, sus principales productos y producción de ATP. 4. Describir el sistema de transporte de electrones y cómo es producido el ATP. 5. Comparar la glucólisis con la producción anaeróbica de ATP en las células musculares y la fermentación. 6. Explicar cómo otros compuestos alimenticios, además de la glucosa, son usados como fuentes de energía. 7. Nombrar a los descubridores de la estructura de la molécula del ADN. 8. Conocer la estructura básica de la molécula de ADN. 9. Nombrar los pares de bases nitrogenadas y la manera en que se emparejan en la molécula de ADN. 10. Definir las etapas del ciclo celular. 11. Explicar el significado de la mitosis en la supervivencia de la célula y el crecimiento en el cuerpo humano. 12. Entender el significado de la meiosis como una reducción del material genético y en la formación de células sexuales. 62

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C O N C E P T O S C L AV E Acetaldehído Acetil-CoA Ácido acético Ácido alfacetoglutárico Ácido cítrico Ácido fosfoglicérico (PGA) Ácido láctico Ácido málico Ácido nucleico Ácido oxaloacético Ácido pirúvico Ácido succínico Adenina ADN (ácido desoxirribonucleico) Aeróbico Alcohol etílico Anabolismo Anafase Anafase I Anafase II Áster Calorías Carcinógenos Carcinomas Catabolismo Centrómero Ciclo celular Ciclo del ácido cítrico o de Krebs Cinetocoro Citocinesis Citosina

Clonas Coenzima A Cromátidas Cromatina Cuerpos polares Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD) Dinucleótido flavín adenina (DAF) Diploide Enfermedad de Tay-Sachs Entrecruzamiento Espermatogénesis Fermentación Fibras del huso Fosfogliceraldehído (PGAL) Fosforilación Gametogénesis Gen Glucólisis Glucosa Guanina Haploide Interfase Meiosis Metabolismo Metafase Metafase I Metafase II Metástasis Metastizar

Mitosis Mutación Nucleótidos Ovogénesis Óvulo fecundado/ cigoto Pirimidinas Placa celular Profase Profase I Profase II Purinas Quiasmas Quinona Respiración anaeróbica Respiración celular/ metabolismo Sarcomas Sinapsis Síndrome de Down Síndrome de Klinefelter Sistema de citocromos Sistema de transferencia/ transporte de electrones Surco de segmentación Telofase Telofase I Telofase II Tétrada Timina Tubulina Tumor

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO CELULAR Para que las células puedan mantener su estructura y función, deben ocurrir reacciones químicas en su interior que requieren un aporte de energía biológicamente utilizable. La forma más común de energía disponible en una célula es la energía química que se encuentra en la estructura de una molécula de ATP (adenosín trifosfato). Empleamos el término metabolismo para describir el total de cambios químicos que ocurren dentro de una célula. Existen dos subcategorías de metabolismo: el anabolismo, un proceso que requiere energía para la construcción de moléculas grandes a partir de la combinación de moléculas más pequeñas y, el catabolismo, el cual es un proceso que libera energía y descompone moléculas grandes en moléculas más pequeñas. Estos procesos metabólicos celulares son comúnmente llamados respiración celular o metabolismo celular. Las moléculas de ATP se forman en la célula durante una descomposición escalonada (catabolismo) de moléculas orgánicas (carbohidratos, grasas y proteínas). Medimos la energía contenida en los alimentos en calorías. Esta descomposición libera energía química (calorías) almacenada en estos compuestos orgánicos que es usada para sintetizar ATP (otra forma de energía química) a partir de ADP (adenosín difosfato) y PO4 (fosfato inorgánico). De esta forma, el ATP es la fuente de energía disponible en la célula para ser utilizada en los procesos celulares: las reacciones químicas utilizan ATP como una fuente de energía para mantener la estructura y función celular. La fotosíntesis, llevada a cabo por las células de las plantas, es la fuente de moléculas orgánicas (comestibles) que serán descompuestas para formar ATP. La fotosíntesis requiere 6CO2 + 12H2O en presencia de luz y clorofila para producir C6H12O6 (glucosa) una molécula orgánica + 6O2 (oxígeno) como producto de desecho + 6H2O (agua) también como producto de desecho. La formación de ATP es el paso final en la transformación de la energía de la luz a energía química en una forma utilizable biológicamente. Esto explica el significado de nuestra dependencia en las plantas para convertir la energía solar o de la luz en alimentos o energía química. El proceso celular más eficiente por medio del cual se forma el ATP durante la descomposición de moléculas orgánicas requiere oxígeno molecular (O2). Este proceso se conoce como respiración o metabolismo celular. La ecuación química general es: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía en forma de ATP. La respiración, por tanto, requiere de un intercambio de gases entre la célula y sus alrededores para permitir la entrada de O2 a la célula y la salida de CO2. La respiración

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bioquímica es estrictamente el proceso dependiente de oxígeno o aeróbico de producción de ATP. Este significado bioquímico de la respiración no debe confundirse con el significado diario del respirar. La sustancia más común que es descompuesta en células aeróbicas para producir ATP es la glucosa, C6H12O6. La descomposición de una molécula de glucosa a dióxido de carbono y agua es un proceso continuo, sin embargo, para fines prácticos lo discutiremos en tres pasos. El primer paso es llamado glucólisis. Debido a que no requiere oxígeno, también es llamado ocasionalmente respiración anaeróbica (sin oxígeno). Este paso ocurre en el citoplasma de la célula. Los siguientes dos pasos son llamados el ciclo de Krebs del ácido cítrico y el sistema de transferencia o transporte de electrones. Estos dos pasos requieren oxígeno y ocurren en la matriz y en los plegamientos o crestas de la mitocondria de una célula.

METABOLISMO CELULAR O RESPIRACIÓN BIOQUÍMICA Glucólisis El primer paso en la respiración bioquímica es la glucólisis. Es similar a la descomposición aeróbica de la glucosa y a dos diferentes formas de descomposición anaeróbica de moléculas de glucosa. Un tipo de descomposición anaeróbica de ésta ocurre en las células de levadura (un tipo de hongo) y se conoce como fermentación. El otro tipo ocurre en nuestras células musculares cuando nos ejercitamos, experimentamos fatiga muscular y no podemos hacer entrar suficiente oxígeno a nuestras células musculares. En todo el proceso de la glucólisis, el azúcar glucosa C6 (cadena de seis átomos de carbono) se descompone lentamente mediante varios procesos enzimáticos en dos unidades de ácido pirúvico C3. Referirse a la Figura 4-1 mientras discutimos la glucólisis. El primer paso en la glucólisis (el cual se lleva a cabo en el citoplasma de la célula) es la adición de un fosfato a la glucosa. Este proceso se conoce como fosforilación. El fosfato proviene de la descomposición de una molécula de ATP en ADP y PO4, liberando la energía requerida para añadir el fosfato a la glucosa. La glucosa fosfatada cambia rápidamente a otra forma de azúcar fosfatada C6 llamada fructosa fosfato. En otra reacción dependiente de ATP, la fructosa fosfato es fosforilada mediante la descomposición de otra molécula de ATP en ADP y PO4. Este fosfato es añadido al fosfato de fructosa, creando fructosa difosfato. Hasta ahora no se ha formado ATP, solamente se han consumido dos moléculas de ATP y éstas deben de ser repuestas de nuestra producción final de ATP al final de la glucólisis.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

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Glucólisis Paso uno de la respiración

Glucosa

(C6H12O6)

ATP ADP + PO4 Glucosa fosfato cambia rápidamente a fructosa fosfato (C6)

ATP ADP + PO4 Fructosa difosfato

Se escinde

2 fosfogliceraldehído (C3): PGAL 2 NAD 2 NADH2 * 6 ATP producidos vía transporte electrónico

Se oxida (cada uno cede dos átomos de H al NAD)

* 2 Ácido fosfoglicérico (C3): PGA 4 ADP

Reacciones de alta liberación de energía 2 ácido pirúvico (C3) Producto final

4 ATP (se deben reponer los dos de arriba, ganancia neta de sólo dos)

© Delmar/Cengage Learning

4 PO4

FIGURA 4-1. Los pasos básicos en glicólisis, el primer paso en la respiración bioquímica.

En el siguiente paso de la glucólisis, la fructosa se divide o rompe en dos moléculas C3 de fosfogliceraldehído, abreviado como PGAL. El PGAL es ahora oxidado (pierde electrones) por medio de la extracción de dos electrones y dos iones H+ para formar dos moléculas de ácido fosfoglicérico, abreviado como PGA. Los dos átomos de hidrógeno que provienen de cada uno de los PGAL pasan al sistema de transporte de electrones, acarreados mediante la molécula transportadora de electrones dinucleótido de nicotinamida y adenina, abreviado como NAD. Este paso es de hecho parte

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del sistema de transporte de electrones y resultará en la producción de seis moléculas de ATP. Sin embargo, este paso únicamente sucede si hay oxígeno presente. En este proceso, el NAD se reduce (gana electrones) a NADH2. Debido a que hay dos moléculas de PGAL, este paso sucede dos veces. Cada vez que una molécula de NAD es reducida a NADH2 y el sistema de transporte de electrones funciona, se producen tres moléculas de ATP. Nuevamente, como esta reacción sucede dos veces, un total de seis moléculas de ATP son producidas en este paso aeróbico.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Después de eso, se descomponen los dos PGA a través de una serie de pasos enzimáticos que liberan gran cantidad de energía en dos moléculas C3 de ácido pirúvico. Tanta energía es liberada en estos pasos que cuatro moléculas de ADP y cuatro PO4 son añadidos para formar cuatro moléculas de ATP. La energía en las moléculas de PGA es convertida en cuatro moléculas de alta energía de ATP. En este paso, hemos formado cuatro ATP pero con dos de estos ATP debemos reponer los dos ATP usados en el comienzo de la glucólisis. Por lo tanto, nuestra ganancia neta de ATP es unicamente dos moléculas de ATP. En resumen, la descomposición glucolítica de una molécula de glucosa produce dos moléculas de ácido pirúvico. Tomó dos moléculas de ATP el iniciar la secuencia y cuatro ATP fueron producidos. Sin embargo, para reponer los dos ATP nuestra ganancia neta es de sólo dos. No obstante, también hemos producido dos NADH2, los cuales son parte del sistema de transporte de electrones. Cuando existe oxígeno presente, se producen seis moléculas de ATP más. La glucólisis aeróbica produce seis más dos u ocho moléculas de ATP. La glucólisis anaeróbica produce únicamente dos.

NAD es reducido vía transporte de electrones a NADH2 y tres ATP son producidos. El ácido alfacetoglutárico C5 ahora se descompone en ácido succínico, la primera molécula C4. Pierde un carbono y dos oxígenos en forma de CO2 (producto de desecho) y dos hidrógenos a favor de NAD. Por lo que, vía transporte de electrones, seis moléculas más de ATP son formadas. El ácido succínico se transforma en otra molécula C4, ácido málico. Finalmente, el ácido málico pierde dos hidrógenos en favor del flavín adenín dinucleótido, abreviado como FAD. Éste es otro transportador de electrones del sistema de transporte de electrones; se forman dos moléculas más de ATP en este paso. El ácido málico ahora es convertido en ácido oxaloacético. También, en pasar de ácido alfacetoglutárico a ácido oxaloacético se produce un equivalente del ATP; el trifosfato de guanosina (GTP). En resumen, por cada ácido pirúvico que entra en el ciclo de Krebs de ácido cítrico, tres CO2, cuatro NADH2, un FADH2 y un ATP (GTP) son producidos. Debido a que dos moléculas de ácido pirúvico entraron en el ciclo, debemos de multiplicar todos estos productos por dos.

El ciclo de Krebs del ácido cítrico

El sistema de transporte (transferencia) de electrones

En presencia de O2, las dos moléculas de ácido pirúvico formadas como resultado de la glucólisis se descomponen en el segundo paso de la respiración bioquímica. Este paso es nombrado en honor a su descubridor, un bioquímico inglés nacido en Alemania, Sir Hans Krebs, quien postuló la idea por primera vez en 1937. Éste es el ciclo de Krebs del ácido cítrico (el cual se lleva a cabo en las mitocondrias). Explicaremos este ciclo usando sólo una de las moléculas de ácido pirúvico que son producidas en la glucólisis. Cuando terminemos, multiplicaremos todos los productos por dos. Primero, el ácido pirúvico C3 es convertido en ácido acético de manera transitoria y después en acetil-CoA C2 por una enzima llamada coenzima A. Esto causa que la molécula de ácido pirúvico pierda un carbono y dos oxígenos en forma de CO2 como producto de desecho. También pierde dos hidrógenos en favor de NAD, produciendo NADH2 (por lo tanto, vía transporte de electrones, se producen tres moléculas de ATP). El acetil-CoA entra ahora al ciclo de Krebs del ácido cítrico. Esto ocurre en las crestas de la mitocondria (Figura 4-2). La acetil-CoA C2 reacciona con una molécula de ácido oxaloacético C4 para formar la molécula de ácido cítrico C6, por esto el nombre del ciclo. No se produce ATP en este paso pero un evento importante ocurre. La coenzima A es regenerada para reaccionar con otra molécula de ácido acético y continuar el ciclo. Otra enzima convierte ahora el ácido cítrico en ácido alfacetoglutárico C5. Esto causa que el ácido cítrico pierda un carbono y dos oxígenos en forma de CO2 (producto de desecho) y dos hidrógenos a favor de NAD de nuevo. En consecuencia,

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La mayor parte del ATP producido durante la respiración bioquímica es producido en el sistema de transporte de electrones (Figura 4-3). Dos moléculas de NADH2 se produjeron en la glucólisis. Dos NADH2 fueron producidos durante la formación del acetil-CoA. Seis NADH2 y dos FADH2 fueron producidos después, en el ciclo del ácido cítrico. El NAD y el FAD donan los electrones de los átomos de hidrógeno que han capturado en estas reacciones a los sistemas de enzimas presentes en las crestas de la mitocondria. Cada uno de estos electrones tiene un potencial de electrón ligeramente distinto. A medida que los electrones del cofactor NADH2 son transferidos de un transportador de electrones al siguiente, éstos van perdiendo lentamente su energía. Esta energía es utilizada para síntesis de ATP dependiente de energía a partir de ADP y fosfato inorgánico. El sistema de transporte de electrones funciona como una serie de reacciones de oxidacción-reducción. Cuando el NAD acepta los dos hidrógenos, es reducido a NADH2. Cuando dona los dos hidrógenos en favor de FAD, el NAD se oxida mientras que FAD se convierte en FADH2 y se reduce. Esta serie de reacciones redox continúa hasta que los electrones del átomo de hidrógeno son finalmente donados al oxígeno. Diferentes tipos de transportadores de electrones participan en este proceso: el cofactor NAD, el cofactor FAD, la quinona y el sistema de citocromos. Existe un debate acerca de si los protones de hidrógeno (2H+) son transferidos junto con los electrones (2e−) en este transporte o no. Una teoría aceptada actualmente se muestra en la Figura 4-3.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

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Ciclo del ácido cítrico de Krebs Proceso dos de la respiración Ácido pirúvico (C3) Ácido

acético (C3) CO2

NAD 3 ATP producidos vía e.t.

Enzima CoA

NADH2

Acetil-CoA

COA

(C2)

Ácido oxaloacético (C4)

Ácido cítrico (C6)

FADH2 FAD CO2

2 ATP producidos vía e.t. (ácido málico) C4

“ATP” ( = GTP)

CO2

PO4 “ADP” ( = GDP)

NAD NADH2

2 NADH2

3 ATP producidos vía e.t. 2 NAD

Ácido α-cetoglutárico (C5)

GTP = Guanosín trifosfato Este es equivalente al adenosín trifosfato

e.t. = Transporte de electrones

© Delmar/Cengage Learning

6 ATP producidos vía e.t. (ácido succínico) C4

FIGURA 4-2. El ciclo del ácido cítrico de Krebs y sus productos.

Este esquema ilustra por qué la descomposición de la glucosa requiere oxígeno (O2). El oxígeno es el aceptor final de electrones para los electrones capturados por los cofactores durante la descomposición de la glucosa. Se forma un ATP durante el primer paso de la transferencia de electrones de NADH2 a FAD. Durante la siguiente transferencia de FADH2 a quinona H2 al sis-

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tema de citocromos a O2 (o ½ O2 = O), se forman dos unidades más de ATP. Como podrán darse cuenta, el sistema de citocromos sólo acepta dos electrones y los transfiere al oxígeno (O). Por lo tanto, la quinona H2 debe transferir directamente los dos protones de hidrógeno (2H+) al oxígeno, produciendo agua (H2O)como producto de desecho.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Sistema de transferencia de electrones H2O NADH2

2e– 2H+

2e– 2H+

NAD

FADH2

2e– 2H+

Quinona H2

2H+ 2e–

2e–

Quinona

FAD

Citocromos ½ O2

PO4

ATP

2ADP

Un ATP es producido a partir del NADH2

2PO4

2ATP

FAD

Dos ATP son producidos a partir del FADH2 vía citocromos hasta el oxígeno

© Delmar/Cengage Learning

ADP

FIGURA 4-3. El transporte o sistema de transferencia de electrones y la producción de ATP.

A medida que examinamos el sistema de transporte de electrones, observamos que cuando los electrones son donados al NAD, se forman tres unidades de ATP durante la transferencia de electrones completa. No obstante, cuando los electrones son donados directamente a FAD y NAD es evitado, sólo dos unidades de ATP son formadas durante la transferencia de electrones.

Resumen de la producción de ATP durante la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y el sistema de transporte de electrones La producción neta de la glucólisis son dos unidades de ATP y dos moléculas de NADH2 por molécula de glucosa. Debido a que cada molécula de NADH2 produce tres ATP durante el transporte de electrones, un total de ocho unidades de ATP resultan de la glucólisis, que incluye el transporte de electrones. En el ciclo de Krebs del ácido cítrico y el estado transitorio, cuatro NADH2, un FADH2 y un ATP (o GTP) son formados durante la descomposición de cada ácido pirúvico. Sin embargo, como cada molécula de glucosa produce dos moléculas de ácido pirúvico, en realidad se forman ocho NADH2, dos FADH2 y dos unidades de ATP (o GTP). El número de unidades de ATP formadas durante el ciclo del ácido cítrico y el transporte de electrones es entonces 24 + 4 + 2 o 30 ATP o 24 + 4 =28 ATP y 2 GTP. En total, 30 ATP del ciclo del ácido cítrico y transporte de electrones más 8 ATP de la glucólisis y el transporte de

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electrones producen una ganancia neta de 38 unidades de ATP por molécula de glucosa o 36 ATP y 2 GTP. Esto representa una captura celular de alrededor del 60% de la energía disponible de la descomposición de una sola molécula de glucosa. Esto es una eficiencia muy alta comparada con cualquier máquina hecha por el hombre. Es importante recordar que la respiración bioquímica o celular es un proceso continuo. A pesar de que tendemos a discutirla en tres “pasos”, éstos no son eventos separados. Hemos visto que el transporte de electrones es parte de la glucólisis cuando existe oxígeno disponible y que el transporte de electrones es responsable de la mayor parte de la producción de ATP en el ciclo de Krebs del ácido cítrico.

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA La glucosa puede descomponerse de dos maneras en ausencia de oxígeno. Una es cuando las células de levadura (un tipo de hongo) se alimentan de la glucosa, proceso llamado fermentación. La otra situación ocurre en nuestras células musculares cuando nos ejercitamos en exceso, experimentamos fatiga muscular y no podemos hacer llegar suficiente oxígeno a las células musculares. Entonces las células comienzan a descomponer glucosa en ausencia de oxígeno, una descomposición mucho menos eficiente y con una producción de ATP menor. A continuación discutiremos estos dos procesos anaeróbicos.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Fermentación La fermentación es el proceso por el cual la levadura descompone la glucosa de manera anaeróbica (en ausencia de oxígeno). Los productos finales de la fermentación son: dióxido de carbono (CO2), alcohol etílico (CH3CH2OH) y ATP. En las células de levadura, la glucosa es descompuesta, como en la glucólisis, para producir dos moléculas de ácido pirúvico, una ganancia neta de dos ATP y dos NADH2. Sin embargo, ya que no es usado oxígeno, las moléculas de ácido pirúvico no proceden al ciclo del ácido cítrico. En vez de eso una enzima de la levadura llamada descarboxilasa descompone el ácido pirúvico en CO2 y un compuesto C2, acetaldehído (CH3CHO). Es el gas de CO2 el que causa que el pan se infle y es la razón por la cual agregamos levadura a nuestra harina (glucosa), agua y huevos (lo cual hace masa) cuando horneamos pan. Ya que este proceso sucede sin oxígeno, el NADH2 no dona sus electrones al oxígeno a través del sistema de transporte de electrones como lo hace en la respiración aeróbica. En vez de eso, el NADH2 dona sus dos átomos de hidrógeno al acetaldehído por medio de la acción de otra enzima de la levadura llamada deshidrogenasa alcohólica. Esta reacción regenera el NAD y forma el producto final: alcohol etílico. Este producto es lo que es producido en las industrias de la cerveza, el vino y los licores convirtiendo los azúcares en uvas y en alcohol. En conclusión, el proceso de fermentación produce únicamente dos moléculas de ATP por molécula de glucosa. Obviamente, este mecanismo de captura de energía es mucho menos eficiente que la respiración aeróbica.

Producción anaeróbica de ATP en los músculos La segunda situación que puede ocurrir en la respiración anaeróbica es la descomposición de glucosa en las células musculares humanas cuando no hay suficiente oxígeno disponible debido a fatiga muscular como cuando un atleta hace una carrera de velocidad. Este proceso comienza nuevamente con la glucólisis. Sin embargo, el ácido pirúvico formado sufre un destino diferente. De nuevo la glucólisis rinde dos moléculas de ácido pirúvico, una ganancia neta de dos moléculas de ATP y dos NADH2 por molécula de glucosa. Como en la fermentación, los dos NADH2 no pueden donar sus electrones al oxígeno. En cambio el NADH2 los dona al ácido pirúvico para formar ácido láctico. Es la acumulación de ácido láctico la que causa la fatiga momentánea en los músculos sobreejercitados. Cuando los músculos son trabajados en exceso, las células musculares necesitan producir energía extra en forma de ATP. La respiración aeróbica produce la mayor parte de esta energía. Sin embargo, si el músculo es trabajado más rápido de lo que el oxígeno (O2) puede ser suministrado al torrente sanguíneo, las células musculares comienzan a producir el ATP de manera anaeróbica

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y el ácido láctico se acumula. Una vez que el oxígeno llega a la célula, la fatiga disminuye a medida que el ácido láctico se descompone. Cuando nos ejercitamos en exceso, sentimos los músculos adoloridos y experimentamos fatiga muscular, nos damos cuenta de que nuestro ritmo cardiaco y de respiración están acelerados. Cuando nos sentamos, respiramos más rápido (para hacer entrar más O2 en nuestros cuerpos), la fatiga disminuye. Cuando el O2 se encuentra de nuevo disponible, el ácido láctico es convertido de nuevo en ácido pirúvico y la respiración aeróbica procede de manera normal. Notamos que la formación anaeróbica de ATP en los músculos es mucho menos eficiente que la respiración aeróbica. Sólo dos moléculas de ATP son producidas por molécula de glucosa.

PRODUCCIÓN DE ATP A PARTIR DE COMPUESTOS ALIMENTICIOS GENERALES Obviamente, no sólo comemos glucosa. Entonces, ¿en qué parte del ciclo de respiración para producir ATP encajan los otros compuestos alimenticios en nuestra dieta? Si pensamos en los pasos de la respiración bioquímica como componentes de un horno celular muy eficiente en donde el combustible (alimentos) es convertido a otra forma de energía química, ATP, entonces podemos obtener un mejor entendimiento de cómo se descomponen otras moléculas para producir ATP (Figura 4-4). La glucosa es un carbohidrato simple. Otros carbohidratos como el almidón (carbohidrato de plantas) y el glucógeno (almidón animal) así como otros tipos de azúcares como monosacáridos y disacáridos entran en el horno celular en el nivel en el que la glucosa entra en la secuencia glicolítica. Si después de la digestión, las moléculas de alimentos no son necesitadas inmediatamente, pueden ser almacenadas en el cuerpo (en vacuolas alimenticias o en el hígado, o convertidas en células adiposas) hasta que sean necesarias posteriormente para producir más ATP. La digestión descompone la grasa en ácidos grasos y glicerol. Ellos también entran en el horno celular en un nivel relacionado con su estructura química. El glicerol, una molécula C3, es similar al PGA y entrará en la etapa de PGA de la glucólisis. Los ácidos grasos entran en el ciclo de Krebs del ácido cítrico. Las proteínas se descomponen por medio de su digestión en aminoácidos. Entrarán a su vez en el horno celular en un nivel relacionado con su estructura química. La alanina, un aminoácido C3, y el ácido láctico entran en la etapa del ácido pirúvico. El ácido glutámico, un aminoácido C5, es similar al ácido alfacetoglutárico. El ácido aspártico, un aminoácido C4, se asemeja al ácido oxaloacético. Estos aminoácidos entran al ciclo del ácido cítrico en diferentes etapas. Así que cuando pones ese trozo de dulce en tu boca durante un receso en clase para obtener algo de energía extra para terminar la clase, ahora tendrás un mejor entendi-

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Glucosa

Grasas

Aminoácidos

(Hidrólisis) Glucosa-6-PO4

Glucógeno

(Desaminación) Hígado NH3 (Amonio)

Glicerol Ácidos grasos

Ácido láctico

β-oxidación

Cetonas

Cetoácido

Ácido pirúvico

Urea

CO2

Cetogénesis Hígado

Acetil-CoA

Ciclo del ácido cítrico

½O2 e–

CO2

(Sistema de transporte de electrones)

H2O

H+ ADP

ATP

© Delmar/Cengage Learning

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FIGURA 4-4. Cómo la digestión de las proteínas y de las grasas se acopla al proceso bioquímico de la respiración.

miento de cómo ese carbohidrato es convertido en ATP (Figura 4-5), el combustible que hace funcionar nuestras células. La manera más simple de describir la respiración bioquímica o celular es empezar el proceso con una molécula de glucosa (Figura 4-6). La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula y produce ácido pirúvico. Si hay oxígeno disponible, el ácido pirúvico se descompone eventualmente en acetil-CoA, el cual entra entonces en el ciclo del ácido cítrico, para convertirse posteriormente en CO2, H2O y 38 ATP. Si no hay oxígeno disponible, el ácido pirúvico es convertido en ácido láctico y sólo dos moléculas de ATP son producidas.

RESUMEN DE LA PRODUCCIÓN DE ATP A PARTIR DE UNA MOLÉCULA DE GLUCOSA La tabla 4-1 resume los productos obtenidos y el total de ATP producido en las etapas individuales del metabolismo celular de una molécula de glucosa. Las etapas son descompuestas en glucólisis, producción de acetil-CoA y el ciclo del ácido cítrico.

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INTRODUCCIÓN A LA REPRODUCCIÓN CELULAR La reproducción celular es el proceso mediante el cual una célula se duplica. En este proceso el material genético del núcleo se duplica durante la interfase del ciclo celular, seguido de un proceso llamado mitosis que es cuando el material nuclear se replica. Después de esto, la citocinesis ocurre y los organelos celulares se duplican en el citopasma, evento final de la mitosis que produce dos nuevas células hijas. Estos procesos, que forman parte del ciclo celular, nos permiten crecer, repararnos a nosotros mismos y mantener nuestras estructuras y funciones. En otras palabras, estos procesos nos permiten mantenernos vivos. La reproducción celular es también el proceso por el cual heredamos nuestro material genético a nuestros hijos de una generación a otra. En este proceso surgen las células especiales llamadas células sexuales: el óvulo y el espermatozoide. En este tipo de reproducción celular, el material genético no sólo debe duplicarse, sino también debe ser reducido a la mitad para que el óvulo femenino porte la mitad del material genético o 23 cromosomas y

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

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Glucosa (C6H12O6)

Glucólisis O2

Citoplasma Ácido pirúvico

2 ácido láctico + 2 ATP Respiración anaeróbica

6CO2 + 6H2O + 38ATP Respiración aeróbica

© Delmar/Cengage Learning

Ciclo del ácido cítrico Cadena de transporte de electrones

FIGURA 4-5. Cómo un dulce es metabolizado hasta ATP.

el esperma del hombre porte la otra mitad. Un tipo especial de división celular reductiva llamada meiosis, que sucede únicamente en las gónadas, permite que esto ocurra. Cuando un espermatozoide y un óvulo se unen en la fecundación, el material genético vuelve a su dotación completa de 46 cromosomas. Antes de estudiar estos procesos de división celular, es necesario entender la estructura básica de la molécula de ADN, que constituye el material genético. Examinaremos también la historia del descubrimiento de la estructura de esta importante molécula.

LA ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE ADN Para entender mejor la estructura de la molécula de ADN, se discutirá su historia, descubrimiento y anatomía.

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La historia del descubrimiento del ADN Uno de los descubrimientos más importantes en la biología en el siglo XX fue el descubrimiento de la estructura tridimensional de la molécula de ADN. Un grupo de científicos hizo diversas contribuciones para el conocimiento de esta molécula. La molécula fue descubierta en 1869 por un químico alemán llamado Friedrich Miescher, quien extrajo una sustancia del núcleo de las células humanas y otra del esperma de pez. La llamó nucleína porque provenía del núcleo. Después, debido a que este material era ligeramente ácido, se le conoció como ácido nucleico. No fue sino hasta los años 20 que se hicieron más descubrimientos. Un bioquímico, P. A. Levine, descubrió que el ADN contenía tres componentes principales: grupos de fosfato (PO4), azúcares de cinco carbonos, bases nitrogenadas llamadas purinas (adenina y guanina) y pirimidinas (timina y citosina).

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Piruvato

Glucólisis

Glucosa

Ácido láctico Mitocondria

ATP

NADH Acetil-CoA

NADH H2O

Ciclo del ácido cítrico

Citoplasma

NADH

tem Sis

te de spor tran e ad

electrones

O2

Membrana plasmática

CO2

© Delmar/Cengage Learning

ATP

Fluido extracelular

FIGURA 4-6. Un esquema general de la respiración celular.

Tabla 4-1

Producción de ATP por respiración celular

Paso

Producto

Total de ATP producido

Glucólisis

4 ATP

2 ATP (4 ATP producidos menos 2 ATP para comenzar el ciclo)

2 NADH2

6 ATP

Producción de acetil-CoA

2 NADH2

6 ATP

Ciclo del ácido cítrico

2 ATP o 2 GTP

2 ATP o 2 GTP

6 NADH2

18 ATP

2 FADH2

4 ATP 38 ATP o 36 ATP y 2 GTP

La estructura tridimensional actual del ADN fue descubierta en la década de 1950 por tres científicos. Fue la química británica Rosalind Franklin quien descubrió que la molécula tenía una estructura helicoidal similar a una escalera de caracol. Esto se demostró cuando realizó un análisis de cristalografía con rayos X del ADN. Su fotografía fue tomada en 1953 en el laboratorio de otro bioquímico británico llamado Maurice Wilkins. Al mismo tiempo, otros dos investigadores de

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la Universidad de Cambridge en Inglaterra, también estaban estudiando la molécula de ADN: James Watson, un alumno estadounidense de posgrado, y el científico inglés Francis Crick. Después de enterarse informalmente del descubrimiento de Rosalind Franklin, desarrollaron la estructura tridimensional de la molécula de ADN. El descubrimiento de Rosalind Franklin de la naturaleza helicoidal de la molécula de ADN fue publicado en 1953, no obstante Watson y Crick se enteraron

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

El diagrama de un segmento de la cadena de ADN y la estructura de doble hélice

S = Desoxirribosa, P = Fosfato, C = Citosina, G = Guanina, A = Adenina, T = Timina

S

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es el material hereditario de la célula. No sólo determina los rasgos que exhibe un organismo sino que también se duplica de manera exacta durante la reproducción para que los hijos presenten las características básicas de sus padres. Las características de los organismos se deben a reacciones químicas que ocurren dentro de nuestras células. El ADN rige estas reacciones químicas por medio del mecanismo que controla qué proteínas son producidas. Cada molécula de ADN es una doble cadena helicoidal de nucleótidos (Figura 4-7). Un nucleótido está formado por un grupo fosfato (PO4), un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa) y una base nitrogenada orgánica (que contiene nitrógeno), una purina o una pirimidina. Existen dos purinas: adenina y guanina, y dos pirimidinas: timina y citosina. La adenina siempre se empareja con la timina, y la guanina siempre se empareja con la citosina. Los enlaces se forman entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del siguiente nucleótido en una cadena. La base nitrogenada orgánica se extiende desde el azúcar del nucleótido. Es fácil visualizar la naturaleza helicoidal doble del ADN si lo imaginamos como una escalera de caracol. Los barandales de la escalera están compuestos de una cadena de azúcar y fosfato y los escalones son los pares de bases nitrogenadas. Si observamos la Figura 4-8, veremos que una pirimidina siempre se empareja con una purina. La pirimidina es un anillo simple de seis átomos (timina y citosina), y una purina es un anillo fusionado de nueve átomos (adenina y guanina). Las bases nitrogenadas orgánicas forman una compleja estructura en forma de anillo compuesta de átomos de carbono y nitrógeno. Debido a que sabemos la manera en que las bases se emparejan en la cadena doble de nucleótidos, si sólo conociéramos un lado de la hélice, podríamos descifrar el otro lado relacionando las bases. Las dos cadenas de la hélice se mantienen juntas por débiles puentes de hidrógeno formados entre los pares de bases. Se forman dos puentes de hidrógeno entre la pirimidina-timina y la purina-adenina, mientras que se forman tres puentes de hidrógeno entre la pirimidina-citosina y la purina-gua-

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S

P

P S

La anatomía de la molécula de ADN

TA

AT

S

P

P S

TA

S

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GC

S

P

P S

CG

S

P

P S

GC

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de los resultados antes de ser publicados. James Watson y Francis Crick ganaron el premio Nobel en 1962 después de publicarlos. Rosalind Franklin murió trágicamente de cáncer antes de este evento. Hoy en día, sin embargo, se les da crédito a estas tres personas por descubrir la estructura del ADN, la molécula que contiene toda la información hereditaria de un individuo. James Watson publicó en 1968 un relato interesante sobre el descubrimiento de la naturaleza de la molécula en su libro The Double Helix. Este descubrimiento abrió toda una gama de campos de investigación para el siglo XX: el ADN recombinante, el proyecto del genoma humano y la ingeniería genética.

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S

P

P S

AT

S

FIGURA 4-7. La doble cadena helicoidal de nucleótidos de

una molécula de ADN (un fragmento muy corto).

nina. La secuencia de bases en una cadena determina la secuencia de bases en la otra debido al emparejamiento especificado. Por lo tanto las dos cadenas son complementarias una de la otra. Un gen es una secuencia de pares de bases nitrogenadas orgánicas que codifican para una proteína o polipéptido. Un proyecto importante del siglo XX que se desarrolló a partir del descubrimiento del ADN por Watson, Crick y Franklin, es el proyecto del genoma humano. El objetivo de este proyecto era identificar todos los genes de los 46 cromosomas (moléculas de ADN) del humano. Ahora sabemos que existen aproximadamente 3 mil millones de pares de bases orgánicas que codifican más de 30 000 genes. Podemos imaginar que las bases adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G) son las cuatro letras del alfabeto de la vida. Estos pares de bases determinan las características de toda la vida que conocemos en nuestro planeta. La estructura básica de la molécula de ADN es la misma para todos los organismos vivos.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

O

5' Extremo O– P

–O

H O 5' CH2 O H

N

N

P

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H

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O P

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H 3'

H O H2C

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N

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O H2C

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H

H

Guanina (G) N

N

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H

N

Citosina (C) H H

CH2 O

H N

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H

O

3' Extremo

H

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N

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O

H H

–O

H

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Adenina (A) H

Timina (T) CH3

H

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H

H O H2C 5' O

O– P

Esqueleto de azúcar fosfato de una de las cadenas del ADN

Bases nitrogenadas de ambas cadenas unidas por puentes de hidrógeno

O

Esqueleto de azúcar fosfato de la cadena complementaria de ADN

© Delmar/Cengage Learning

–O 5' Extremo

FIGURA 4-8. Puentes de hidrógeno entre purinas y pirimidinas, y la estructura química de una molécula de ADN.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

La molécula de ADN debe duplicarse antes de la división celular. La molécula se separa donde los puentes de hidrógeno sujetan a las dos cadenas de nucleótidos y se sintetiza una nueva copia de la cadena de ADN (Figura 4-9). El primer paso es el desenrollamiento de la molécula. Esto se logra gracias a que las enzimas helicasa

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separan los puentes de hidrógeno presentes entre los pares de bases y estabilizan las cadenas de nucleótidos de la doble hélice. Después se añaden nuevos nucleótidos a las cadenas separadas utilizando a la ADN polimerasa, otra enzima. Así se construye una nueva molécula de ADN.

Guanina

Citosina

Adenina

Timina Uracilo

Molécula original de ADN

Molécula de ADN se desenrolla

Cadena vieja

Cadena nueva Nucleótido

Cadena vieja

Molécula nueva de ADN Molécula nueva de ADN

© Delmar/Cengage Learning

Cadena nueva

FIGURA 4-9. Replicación del ADN. Las dos cadenas de nucleótidos se separan y se duplican.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

EL CICLO CELULAR Toda reproducción comienza a nivel celular. El proceso por el cual una célula se divide en dos y duplica su material genético se denomina ciclo celular (Figura 4-10). Éste se divide en tres etapas principales: la interfase (donde se produce una gran actividad pero que no es visible, por lo que antes a esta etapa se le llamaba “estado de reposo”), la mitosis y citocinesis. Dos de estas tres etapas tienen subetapas. Discutiremos todas las fases a detalle. El tiempo para completar un ciclo celular varía mucho entre los diferentes organismos. Las células de un embrión en desarrollo completan el ciclo celular en menos de 20 minutos. Una célula de mamífero en división, completaría su ciclo en aproximadamente 24 horas. Otras células de nuestro cuerpo, tales como las nerviosas y musculares, raramente se someten al ciclo celular y se dividen. Las células del hígado humano sólo se dividen en caso de deterioro y su ciclo celular usualmente dura un año completo.

Interfase Consulte las ilustraciones de la Figura 4-10 de las etapas del ciclo celular que se discuten a continuación. Una célula pasa la mayor parte del tiempo en la etapa de interfase del ciclo celular. Esta fase, que es la más larga y dinámica en la vida de la célula, no es parte de la división celular. De hecho, la palabra interfase significa “entre las fases”. Sin embargo, durante este tiempo la célula está creciendo, metabolizando, y manteniéndose a sí misma. En la interfase, el núcleo es visto como una estructura encerrada dentro de la célula rodeada de su membrana División celular

nuclear. En el interior del nucleoplasma los filamentos estirados de los cromosomas se ven como hilos oscuros, que en conjunto denominamos cromatina. La interfase tiene tres subfases: crecimiento uno (G1), síntesis (S), y crecimiento dos (G2). Algunos autores las llaman Gap1 y Gap2. G1 es la fase de crecimiento primario de la célula y ocupa la mayor parte su vida útil. La fase de síntesis o S es cuando las cadenas de ADN se duplican. Cada cromosoma ahora consta de dos cromátidas hermanas unidas entre sí a una región central llamada centrómero, aunque aún no están visibles. La mayoría de los cromosomas se conforman 60% de proteínas y 40% de ADN. La fase G2 es la fase final para la preparación de la división celular. En las células animales, los centriolos inician el movimiento hacia los polos opuestos de la célula. Las mitocondrias se duplican mientras los cromosomas se condensan y se enroscan firmemente a los cuerpos compactados. La tubulina se sintetiza. Éste es el material de la proteína que forma los microtúbulos y se ensambla en el huso.

Mitosis La mitosis es un proceso de reproducción celular que se origina en el núcleo formando dos núcleos idénticos. Esta fase del ciclo celular ha sido muy estudiada por los biólogos debido al movimiento intrincado de los cromosomas hijos cuando se separan. Esta fase también puede ser fácilmente observada con un microscopio de luz. Aunque la mitosis es un proceso continuo, se subdivide en cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Consulte la Figura 4-11 para una ilustración de las fases de la mitosis. Las células resultantes de la mitosis son copias exactas o clones de la célula madre.

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Conexión con StudyWARE ™

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Observa una animación de la mitosis en tu CD-ROM de StudyWARE™.

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Mitosis

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de cro mosomas

Interfase

FIGURA 4-10. Las etapas del ciclo celular.

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© Delmar/Cengage Learning

S(

10 h

Profase Los cromosomas enroscados y duplicados se han acortado y engrosado y ahora son visibles. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas o hijas. Las cromátidas hermanas permanecen unidas entre sí al centrómero. El centrómero es una constricción o pellizco en la zona del cromosoma donde se encuentra un disco

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

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Centriolos Nucleolo Núcleo Membrana nuclear

a. Interfase

b. Profase temprana

c. Profase intermedia

d. Profase tardía

e. Metafase

f. Anafase temprana

h. Telofase

i. Interfase: se establece la etapa de dos células hijas

g. Anafase tardía

© Delmar/Cengage Learning

Membrana celular

FIGURA 4-11. Una ilustración de la interfase y de las etapas de la mitosis.

de proteína llamado cinetocoro. En las células animales, la pareja de centriolos comienza a separarse hacia los polos opuestos de la célula formando entre ellos un grupo de microtúbulos llamados fibras del huso. En las células vegetales, un grupo similar de éstas se forman a pesar de que no hay centriolos. A medida que los centriolos se separan hacia los polos opuestos de la célula, se van rodeando de un grupo de microtúbulos de tubulina que irradian hacia el exterior como un asterisco denominado áster. Las fibras del huso se forman entre los ásteres, empujando a los centriolos a los extremos opuestos de la célula y pegándolos a la membrana celular. En este momento se rompe la membrana nuclear y los componentes pasan a formar parte del retículo endoplásmico. El nucleolo ya no es visible.

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Cada cromosoma presenta dos cinetocoros, uno para cada cromátida hermana. A medida que la profase continúa, un grupo de microtúbulos crece desde los polos hasta los centrómeros de los cromosomas. Los microtúbulos adjuntan los cinetocoros a los polos del huso. Debido a que estos microtúbulos procedentes de los dos polos se adjuntan a lados opuestos del centrómero, una hermana cromátida se va a un polo y la otra al otro, garantizando la separación de las cromátidas hermanas dirigiéndolas a células hijas diferentes.

Metafase La metafase es la segunda fase de la mitosis y comienza cuando las cromátidas hermanas se alinean en el centro de la célula. Los cromosomas se alinean en un círculo a

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

lo largo de la circunferencia interior de la célula llamado ecuador de la célula. Los cromosomas, sujetados en su lugar por los microtúbulos y pegados al cinetocoro por sus centrómeros, se disponen en un anillo en la placa ecuatorial en el centro de la célula. Al final de la metafase cada centrómero se divide, separando las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma.

Anafase La anafase es la etapa más corta de la mitosis y es una de las etapas más dinámicas para observar bajo el microscopio. El centrómero dividido, cada uno con una cromátida hermana, se mueve hacia los polos opuestos del huso. El movimiento es causado por la tracción de los microtúbulos del cinetocoro de cada una de las cromátidas hermanas. Las cromátidas hermanas adquieren una forma de V mientras se dirigen hacia sus respectivos polos. En este momento, los polos también se separan por deslizamiento microtubular y las cromátidas hermanas se mueven hacia polos opuestos por el acortamiento de los microtúbulos unidos a ellas. La división del citoplasma o citocinesis puede comenzar en la anafase.

Telofase La etapa final de la mitosis es la telofase. Las cromátidas hermanas, que ahora pueden ser llamadas cromosomas, comienzan a desenvolverse y desenroscarse. Su forma de V o de salchicha desaparece transformándose en cromatina difusa, que se vuelve larga y delgada. El huso mitótico se desmonta mientras que los microtúbulos se dividen en unidades de tubulina que posteriormente se utilizarán para construir el citoesqueleto de las nuevas células hijas. Se forma una membrana nuclear alrededor cada grupo de hijas cromosomas. La citocinesis está casi completa. En las células animales los centriolos se duplican. Las células vegetales no cuentan con ellos.

Citocinesis El proceso de división celular aún no está completo porque la separación real de la célula en dos nuevas células hijas aún no ha ocurrido. La fase del ciclo en el que se produce la división celular real se llama citocinesis. En las células animales, la citocinesis ocurre cuando las células son separadas por surcos o pinchazos en el interior de la membrana celular, conocidos como surcos de división. La membrana celular forma una hendidura o valle al exterior del ecuador del huso. Este surco aparece por primera vez en la anafase tardía, y durante la telofase se dibuja en mayor profundidad por la contracción de un anillo de filamentos de actina que se encuentran en el citoplasma por debajo de los puntos de constricción. A medida que avanza la constricción, el surco se extiende hacia el centro de la célula dividiéndola en dos.

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En las células vegetales se forma una placa celular en el ecuador, constituida por pequeñas vesículas membranosas. Esta placa crece hacia afuera hasta que llega a la membrana celular y se fusiona con ella. La celulosa se deposita en esta nueva membrana formando una nueva pared celular que divide la célula en dos. Ahora, cada nueva célula hija entra en la etapa de interfase del ciclo celular. En este momento, cada una comienza su fase de crecimiento hasta que esté lista para dividirse otra vez.

MEIOSIS: UNA DIVISIÓN REDUCTIVA En la reproducción sexual, dos células especializadas (espermatozoide y óvulo), conocidas como gametos, se unen para formar un óvulo fecundado o cigoto. La ventaja de la reproducción sexual es la mayor variabilidad genética que resulta de la unión del material hereditario de dos organismos diferentes (los humanos). Esto da lugar a un nuevo individuo similar pero no idéntico a ninguno de los padres. Esta variabilidad genética nueva da a los hijos la oportunidad de adaptarse a un entorno cambiante. Para producir estas células o gametos, debe ocurrir un tipo especial de división celular que se conoce como meiosis y sólo se produce en órganos específicos del cuerpo: las gónadas femeninas u ovarios y las gónadas masculinas o testículos. La meiosis es una división reductiva de los materiales nucleares a fin de que cada gameto contenga sólo la mitad del material hereditario de la célula madre. Cuando dos gametos se unen, el cigoto resultante tiene una dotación completa de material hereditario o ADN. Los humanos tenemos 46 cromosomas en las células de nuestro cuerpo, sin embargo, el huevo humano sólo tiene 23 y el esperma humano también tiene sólo 23 como resultado de la meiosis. Este número reducido se llama haploide (del griego haploos = uno) o número n y el total o la dotación completa de cromosomas es referida como 2n o diploide (del griego di = dos). La Figura 4-12 ilustra el ciclo sexual. Heredamos 23 cromosomas de nuestra madre a través del óvulo fecundado en la concepción y 23 del espermatozoide de nuestro padre. La meiosis consiste en dos divisiones independientes donde los cromosomas se separan unos de otros pero el ADN se duplica una sola vez. La primera división meiótica se divide en cuatro subetapas: profase I, metafase I, anafase I y telofase I. Es en esta primera división meiótica que los cromosomas se reducen a la mitad. La segunda división se da en cuatro subetapas: profase II, metafase II, anafase II y telofase II. En la meiosis el resultado son cuatro células hijas, cada una con sólo la mitad del material genético, mientras que en la mitosis el resultado son dos células hijas cada una con la dotación completa de material genético.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

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Mujer (diploide) 2n

Hombre (diploide) 2n

Meiosis

Meiosis

Espermatozoide (haploide) n Óvulo (haploide) n

Fecundación Cigoto (diploide) 2n

© Delmar/Cengage Learning

Se desarrolla en adulto masculino o femenino

FIGURA 4-12. El ciclo sexual.

Las etapas de la meiosis Las etapas de la meiosis se discuten a continuación. Consulta la Figura 4-13 para seguir el debate.

Conexión con StudyWARE ™ Observa una animación de la meiosis en tu CD-ROM de StudyWARE™.

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Profase I El ADN ya se ha duplicado antes del inicio de la meiosis. Por lo tanto, al igual que al comienzo de ésta, en la interfase, cada hebra de ADN está formada por dos cromátidas hermanas unidas por sus centrómeros. En la profase I, los cromosomas duplicados se acortan, enroscan, engruesan y se hacen visibles. Aquí es donde la meiosis hace la diferencia: Cada cromosoma se empareja con su homólogo. Recuerda que nuestros 46 cromosomas son pares de 23. Un miembro de cada par fue heredado de nuestra madre y el otro miembro de cada par de nuestro padre. En la mitosis los cromosomas semejantes no se emparejan entre sí. En la meio-

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Profase I

Metafase I

Anafase I Meiosis I

Interfase

Telofase I Meiosis II

Telofase II

Anafase II

Metafase II

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Profase II

FIGURA 4-13. Las etapas de la meiosis y el comportamiento de los cromosomas.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

sis, los cromosomas homólogos son tan cercanos que se alinean uno junto al otro en un proceso llamado sinapsis. Ahora tenemos un par de cromosomas homólogos, cada uno con dos cromátidas hermanas. El par de cromosomas visibles se denomina tétrada (Figura 4-14). Los cromosomas están tan juntos que en realidad pueden intercambiar el material genético en un proceso llamado entrecruzamiento. Segmentos reales de ADN son intercambiados entre las cromátidas hermanas de los cromosomas homólogos. El entrecruzamiento es un acontecimiento común que sucede al azar y sólo ocurre en la meiosis. La evidencia del entrecruzamiento se puede ver en el microscopio de luz como una estructura en forma de X conocida como quiasma o quiasmas (en plural). Los husos se forman de los microtúbulos al igual que en la mitosis; los cromosomas emparejados

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se separan ligeramente y se orientan sobre el huso, unidos por su centrómero.

Metafase I Los microtúbulos del huso se unen al cinetocoro sólo en el exterior de cada centrómero, y los centrómeros de los dos cromosomas homólogos se unen a microtúbulos procedentes de polos opuestos. Esta unión de un solo lado contrasta con la de la mitosis, donde el cinetocoro es sostenido en ambos lados del centrómero por los microtúbulos. Esto asegura que los cromosomas homólogos se desplacen a polos opuestos de la célula. Los cromosomas homólogos se alinean en la placa ecuatorial. La centrómeros de cada par se encuentran opuestos uno frente al otro. La orientación del huso es al azar, por lo que, cualquier homólogo podría estar orientado hacia cualquier polo.

Cromátidas hermanas Quiasma terminal

Cinetocoro Homólogos

Quiasma terminal

Meiosis

Mitosis

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Microtúbulos del huso

FIGURA 4-14. El apareamiento de los cromosomas homólogos en la profase I de la meiosis produce figuras llamadas tétradas. Cuando ocurre entrecruzamiento, es visible y se llama quiasma.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Anafase I Los microtúbulos del huso se acortan y tiran de los centrómeros hacia los polos, arrastrando a ambas cromátidas hermanas. A diferencia de la mitosis, los centrómeros no se dividen en esta etapa. Debido a la orientación al azar de los cromosomas homólogos en la placa ecuatorial, un polo puede recibir cualquier homólogo de cada par. Por lo tanto, los genes en los cromosomas diferentes se clasifican de forma independiente.

Conexión con StudyWARE ™ Juega un juego interactivo etiquetando las etapas de la meiosis en tu CD-ROM de StudyWARE™.

Telofase I Los cromosomas homólogos se han separado y ahora un miembro de cada par está en extremos opuestos del huso. Ahora, en cada polo hay un conjunto de cromosomas “haploides”. El número se ha reducido de 46 a 23 en cada polo. Sin embargo cada cromosoma todavía tiene dos cromátidas hermanas unidas por un centrómero común. Esta “condición duplicada” será corregida en la segunda división meiótica. Ahora el huso desaparece, los cromosomas se desenroscan y se vuelven largos y delgados y se forma una nueva membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas en los polos opuestos. La citocinesis ocurre y ahora tenemos dos nuevas células formadas al final de la primera división meiótica. La segunda división meiótica se asemeja a lo que ocurre en la mitosis.

Profase II En cada una de las dos células hijas producidas en la primera división meiótica se forma un huso y los cromosomas se acortan, enroscan y engrosan. La membrana nuclear desaparece pero no se duplica el ADN.

Metafase II En cada una de las dos células hijas los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial. Las fibras del huso se unen a ambos lados del centrómero. Cada cromosoma está formado por dos cromátidas hermanas y un centrómero.

Anafase II Los centrómeros de los cromosomas se dividen. La fibras del huso se comprimen separando a las cromátidas hermanas y llevando cada una a un polo opuesto. Ahora, cada cromosoma es un haploide verdadero que consiste en una cromátida y un centrómero.

Telofase II Nuevas membranas nucleares se forman alrededor de las cromátidas separadas, el huso desaparece y los cromosomas se desenroscan y desenvuelven. El resultado son cuatro células hijas haploides cada una con la mitad del material genético de la célula madre original, o, en nuestro caso, cada célula con 23 cromosomas en lugar de 46.

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GAMETOGÉNESIS: LA FORMACIÓN DE LAS CÉLULAS DEL SEXO Las cuatro células haploides producidas por la meiosis aún no son células sexuales maduras; ahora debe ocurrir una diferenciación. Esto se conoce como gametogénesis. El proceso que ocurre en los túbulos seminíferos de los testículos se denomina espermatogénesis (Figura 4-15). El citoplasma de cada una de las cuatro células producidas, llamadas espermátidas, se modifica a un flagelo tipo cola. Una concentración de mitocondrias se acumula en la pieza intermedia o cuello. La mitocondria produce el ATP necesario para impulsar al flagelo, provocando que los espermatozoides naden. El núcleo de cada célula se convierte en la cabeza de los espermatozoides, el material genético se concentra en su cabeza. El espermatozoide penetra el óvulo y se fusiona con el material genético de éste en un proceso conocido como fertilización, dando como resultado un óvulo fecundado o cigoto. La formación del óvulo de la mujer, proceso denominado ovogénesis, se produce en el ovario (Figura 4-16). Sin embargo, solamente se produce un óvulo funcional. En la primera división meiótica, existe una distribución desigual del citoplasma, una célula será mas grande que la otra. La célula mayor en la segunda división meiótica también presenta una distribución desigual de citoplasma. Las tres células más pequeñas que se producen son llamadas cuerpos polares y eventualmente mueren. Ellas han aportado citoplasma a la célula más grande que se convertirá en el óvulo funcional. La unión del espermatozoide y el óvulo se denomina fertilización y restablece el número diploide de cromosomas a 46.

UNA COMPARACIÓN DE LA MITOSIS Y MEIOSIS Los dos tipos de división celular, la mitosis y la meiosis son fáciles de confundir. Tienen similitudes, pero también diferencias. En ambas, los cromosomas se duplican o replican en la fase del ciclo de la célula llamada interfase. Sin embargo, en la mitosis el resultado final es de dos células hijas, cada una con exactamente el mismo número de cromosomas que la célula madre, mientras que en la meiosis el resultado final es de cuatro células

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

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Espermatogonia

Los cromosomas se condensan y compactan. Cada par consiste de cuatro cromátidas (tétrada)

Los cromosomas se alinean formando pares homólogos Profase 1

Un arreglo aleatorio de los pares de cromosomas maternos y paternos se distribuye a cada núcleo de la telofase en desarrollo

Las tétradas continúan compactándose y se separan ligeramente

Anafase 1

Metafase 1

Telofase 1

Los pares homólogos se alinean paralelamente en la placa ecuatorial, un par a cada lado

Los cromosomas se mueven hacia polos opuestos. Sin división de los centrómeros Espermatocitos secundarios (cada uno con un número haploide de cromosomas)

Segunda división meiótica Los cromosomas se dividen a partir de los centrómeros y se separan Espermátidas

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Espermatozoides

FIGURA 4-15. Proceso de espermatogénesis en los túbulos seminíferos de los testículos.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Ovogonia

Ovocito primario (metafase I)

Anafase tardía I Telofase temprana I

Primer cuerpo polar (no funcional)

Ovocito secundario

Segunda división meiótica

Ovótida

Segundos cuerpos polares (no funcionales)

Cigoto (óvulo fecundado)

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Espermatozoide

FIGURA 4-16. El proceso de ovogénesis en el ovario.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

hijas, cada una con sólo la mitad del número de cromosomas que la célula madre. La mitosis consiste de una división, mientras que la meiosis consiste de dos divisiones. En la mitosis, cuando el material genético se duplica, los cromosomas homólogos se encuentran dispersos en el núcleo y no se queda ninguno fuera. En la meiosis, después de la duplicación, los pares de cromosomas homólogos se alinean juntos tan cercanamente que se entrelazan; así, el entrecruzamiento o intercambio de segmentos de ADN puede ocurrir. El entrecruzamiento se produce sólo durante la profase I de la meiosis. Esto da lugar a una recombinación de genes existentes, produciendo así nuevas características genéticas. En la mitosis el centrómero se divide durante la anafase. El centrómero no se divide en la anafase I, sino en la anafase II. La Figura 4-17 proporciona un resumen comparativo de la mitosis y la meiosis. La mitosis se produce en todas las células de nuestro cuerpo de forma regular (excepto en los nervios, músculos y células hepáticas). Después de que el óvulo es fecundado, el embrión se desarrolla por mitosis. De igual manera, después del nacimiento, crecemos y maduramos por mitosis. Cuando cortamos nuestro dedo o tenemos un moretón, las células son reparadas y reemplazadas

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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por mitosis. Las células del hígado se dividen solamente si están dañadas, las células musculares y las células nerviosas rara vez se dividen por mitosis. Las células producidas por este fenómeno pueden vivir por su cuenta; contienen la misma información genética que la célula madre. En secciones especiales de nuestras gónadas, en los túbulos seminíferos de los testículos en los hombres y en los ovarios de la mujer, se produce otro tipo de división celular. La meiosis se produce sólo en estas células especiales de las gónadas. Es una división reductiva ya que el material genético se reduce a la mitad. Este proceso comienza en la pubertad en los varones y en el embrión de la hembra y continuará en la pubertad de la mujer. Las células producidas no pueden vivir por su cuenta, viven sólo por un tiempo corto y, finalmente, mueren a menos que se fusionen durante la fertilización en el interior del aparato reproductor femenino. En cada tipo de división celular, el material genético se duplica perfectamente durante la interfase. A veces, el material genético puede dañarse por rayos X, radiación o por ciertos químicos. Cuando pasa esto, el material genético dañado puede ocasionar que la célula no llegue a la interfase provocando que las células se dividan continuamente formando masas de tejido. Esto es el cáncer.

CÁNCER

El cáncer puede deber su origen a varios factores. Uno es la información incorrecta en el material genético de una célula. Cuando una célula duplica su material genético durante la interfase S (síntesis) en raras ocasiones puede ocurrir un error. La copia exacta del código puede ser alterada por factores externos como la exposición excesiva a ciertos productos químicos (humo, asbesto), radiación (materiales radiactivos), rayos X e incluso algunos virus. Esto se llama mutación. Cuando el código genético que regula la división celular se ve afectado, las células continúan creciendo y no entran en interfase, sino que siguen dividiéndose sin control. Esto da lugar a un grupo de células llamado tumor. Todas las células del tumor contienen la misma información genética errónea, y algunas células viajan a otras partes del cuerpo produciendo más tumores. Esto se conoce como metástasis, que es cuando las células defectuosas se propagan a otras partes del cuerpo. El cáncer puede ocurrir en cualquier tejido, y se ha desarrollado una serie de términos para definir cada tipo de cáncer. Los tumores que se desarrollan en el tejido epitelial se llaman carcinomas; y aquellos que se desarrollan en el tejido conectivo, como el hueso, se llaman sarcomas. Los agentes que causan el cáncer se llaman carcinógenos. Algunos de los cánceres más graves en los seres humanos son el cáncer de pulmón, como resultado de fumar cigarrillos; el cáncer colorrectal, causado por el exceso de carne roja en la dieta, y el cáncer de mama. La causa del cáncer de mama parece estar relacionado con un gen localizado en el cromosoma número 17, que es responsable de la susceptibilidad hereditaria a la enfermedad.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

MITOSIS

Profase Los cromosomas se condensan. Las fibras del huso se forman entre los centriolos, los cuales se mueven hacia polos opuestos.

Metafase Los microtúbulos del aparato del huso se unen a los cromosomas. Los cromosomas se alinean a lo largo del ecuador del huso.

Anafase Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia polos opuestos.

Metafase I Los microtúbulos del aparato del huso se unen a los cromosomas. Los pares homólogos se alinean a lo largo del ecuador del huso.

Anafase I Los pares de cromosomas homólogos se separan y se mueven hacia polos opuestos. Los centrómeros no se dividen.

Metafase II Los microtúbulos del aparato del huso se unen a los cromosomas. Los cromosomas se alinean a lo largo del huso.

Anafase II Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia polos opuestos. Los centrómeros se dividen.

Telofase Las cromátidas llegan a los polos y se forma la nueva membrana nuclear. Inicia la división celular.

Células hijas Se completa la división celular. Cada célula recibe cromosomas que son idénticos a los del núcleo original.

MEIOSIS I

Profase I Los cromosomas homólogos se condensan y se aparean. Ocurre el entrecruzamiento. Las fibras del huso se forman entre los centriolos y los mueven a polos opuestos.

Telofase I Un juego de pares de cromosomas llega a cada polo y comienza la división nuclear.

Células hijas Cada célula recibe material cromosómico proveniente de la recombinación (entrecruzamiento) de cromosomas homólogos.

Profase II Los cromosomas se recondensan. Las fibras del huso se forman entre los centriolos y éstos se mueven hacia polos opuestos.

Telofase II Las cromátidas hermanas llegan a los polos e inicia la división celular.

Células hijas Se completa la división celular. Cada célula contendrá la mitad del número original de cromosomas.

© Delmar/Cengage Learning

MEIOSIS II

FIGURA 4-17. Comparación de la mitosis con la meiosis.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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TRASTORNOS GENÉTICOS

ENFERMEDAD DE TAY-SACHS La enfermedad de Tay-Sachs es causada por un rasgo recesivo genético que se encuentra principalmente en las familias judías con origen de Europa Oriental, especialmente los judíos ashkenazi. Se trata de un trastorno neurodegenerativo del metabolismo lipídico causado por la falta de la enzima hexosaminidasa A, lo que provoca una acumulación de esfingolípidos en el cerebro. Esto causa retraso progresivo físico y mental que resulta en la muerte temprana del individuo afectado. Los primeros síntomas aparecen a los seis meses de edad con convulsiones, seguido de la ceguera debido a la atrofia del nervio óptico, demencia y parálisis. Los niños suelen morir entre los dos y los cuatro años. No hay cura.

SÍNDROME DE KLINEFELTER El síndrome de Klinefelter se presenta en hombres que han alcanzado la pubertad. Ocurre cuando hay cromosomas X extra. La condición más común es un cromosoma XXY. En esta condición se presentan: piernas largas, testículos pequeños y firmes, agrandamiento anormal de las mamas, venas varicosas, inteligencia por debajo de la normal, habilidades sociales pobres y enfermedad pulmonar crónica. Los hombres con un cromosoma XXXXY tienen graves anomalías congénitas y retraso mental. El síndrome de Down es un defecto congénito común causado por un cromosoma 21 extra. Se presenta en aproximadamente uno de cada 600 a 650 nacidos de madres que tienen 35 años de edad o más. El resultado es retraso mental y defectos físicos. Antes se conocía como mongolismo. La condición se puede diagnosticar mediante una amniocéntesis durante el embarazo. Algunos de los defectos físicos incluyen inclinación de ojos, puente nasal bajo, manos cortas y anchas con dedos rechonchos, pies anchos y regordetes con un espacio entre los dedos primero y segundo, y desarrollo anormal de los dientes. La característica más prominente de este síndrome es el retraso mental con un IQ de entre 50 y 60. Además, las personas con esta enfermedad pueden presentar enfermedades cardiacas, infección pulmonar crónica y problemas visuales. Los niños que sobreviven a sus primeros años tienden a ser de constitución robusta y no muy altos con un desarrollo sexual incompleto o retrasado.

(Foto del síndrome de Down cortesía de los retratos de diseño de Marijane Scott, Calendario de 1996 Down Right Beautiful)

SÍNDROME DE DOWN

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE A medida que envejecemos, nuestro metabolismo se desacelera considerablemente, ya que no necesita tanta energía para el crecimiento y mantenimiento como en nuestra juventud. Por lo tanto, no necesitamos el mismo aporte calórico como en el pasado. Debemos reducir la cantidad de alimentos que tomamos a diario para evitar el “inevitable” aumento de peso que se experimenta de los 40 años en adelante. El ejercicio diario también ayuda a reducir este aumento de peso. Las mujeres dejan de ovular y de producir óvulos por meiosis después de la menopausia. Sin embargo, los hombres continúan produciendo espermatozoides hasta bien entrados los años 80. Por ello no es raro que un padre tenga hijos a los 70.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Campo

PROFESIONAL Ést son las licenciaturas que están disponibles para las personas interesadas en el Éstas metabolismo: me ● Nutriólogos: tienen estudios superiores de los alimentos y la nutrición y trabajan

como profesionales en hospitales, centros de cuidado infantil, sistemas escolares y asilos. ● Dietistas: establecen la ingesta diaria equilibrada de líquidos y alimentos para

personas desde la primera infancia hasta la vejez. También existen licenciaturas para las personas interesadas en la reproducción celular. ● Ingenieros genéticos: trabajan con ADN recombinante para estudiar la alteración

y control del fenotipo (apariencia) y genotipo (los genes) de los organismos. En el futuro, este trabajo puede ofrecer la posibilidad de eliminar o controlar enfermedades genéticas en los seres humanos. ● Gerontólogos: estudian el proceso de envejecimiento y sus efectos sociológicos,

económicos, psicológicos, y clínicos experimentados por las personas mayores. ● Consultores en planificación familiar: ayudan en los programas de planificación

familiar, suministran información sobre las maneras de quedar embarazada o cómo prevenir embarazos no deseados.

RESUMEN INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO CELULAR 1. La forma más común de energía química que mantiene la estructura y función celular es la molécula ATP (adenosín trifosfato). 2. Metabolismo es un término general que describe todos los cambios químicos que ocurren en las células. Existen dos subcategorías: el anabolismo, que es el proceso requeridor de energía que construye moléculas más grandes mediante la combinación de moléculas más pequeñas; y el catabolismo, que es el proceso liberador de energía que rompe las moléculas grandes en otras más pequeñas. Estos procesos metabólicos celulares se llaman a menudo: respiración celular. 3. El ATP se produce en el catabolismo escalonado (descomposición) de las moléculas de los alimentos como la glucosa. La energía química en los alimentos (calorías) se libera y se utiliza para poner ADP (adenosín difosfato) y PO4 (fosfatos) juntos para producir ATP. 4. La ecuación química total de la respiración celular es: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP o 36 ATP y 2 GTP.

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5. La respiración celular consiste en tres procesos o etapas: la glucólisis, el ciclo de Krebs del ácido cítrico y el transporte de electrones.

GLUCÓLISIS 1. La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula y no requiere oxígeno. 2. Se deben utilizar dos moléculas de ATP para iniciar la glucólisis, las cuales deben ser “devueltas” de nuestra producción de ATP. 3. El producto principal de la glucólisis es la fructosa difosfato, que se divide en dos moléculas de fosfogliceraldehído que a su vez oxidan a dos ácidos fosfoglicéricos y se convierten en un producto final: dos moléculas de ácido pirúvico. 4. Cuando hay oxígeno presente, dos hidrógenos de cada uno de los dos fosfogliceraldehídos se van al principio del sistema de transporte de electrones con el cofactor NAD. Esto produce seis moléculas de ATP. 5. Cuando el ácido fosfoglicérico se descompone en ácido pirúvico se producen 4 ATP, sin embargo hay que pagar los dos que iniciaron la secuencia. Por lo tanto, sólo se produce una ganancia neta de dos ATP.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

6. En la glucólisis se produce una ganancia neta total de ocho ATP. En la glucólisis anaeróbica de las células musculares y en el proceso de fermentación sólo se producen dos.

CICLO DE KREBS DEL ÁCIDO CÍTRICO 1. El ciclo del ácido cítrico fue nombrado así por el bioquímico británico Sir Hans Krebs quien propuso por primera vez el proyecto en 1937. 2. Las dos moléculas de ácido pirúvico producidas en la glucólisis se convierten en ácido acético y después en acetil-CoA por la acción de la enzima CoA. Ahora, la acetil-CoA entra en las crestas de las mitocondrias para experimentar el ciclo del ácido cítrico. 3. Los productos químicos importantes en este ciclo son: ácido cítrico, ácido alfa-cetoglutárico, ácido succínico, ácido málico y ácido oxaloacético. 4. La mayor parte de ATP se produce mediante el transporte de electrones. Para cada una de las dos moléculas de ácido pirúvico desglosadas, se producen 14 ATP por medio del transporte de electrones generando una producción total de 28. Además, se producen 2 ATP o GTP durante el ciclo de ácido cítrico, dando un total de 30 ATP o 28 ATP y 2 GTP. 5. Por cada molécula de ácido pirúvico desglosada se emiten tres moléculas de CO2 como producto de desecho, produciendo un total de seis moléculas de CO2.

EL SISTEMA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES 1. El sistema de transporte de electrones funciona como una serie de reacciones redox (oxidaciónreducción). 2. Existen varios tipos de transportadores de electrones en este sistema: NAD (nicotinamida adenina dinucleótido), quinona FAD (dinucleótido de flavina y adenina), y el sistema de citocromos. 3. Si el sistema comienza con NAD, se producen tres ATP. Si el sistema comienza con FAD, sólo se producen dos ATP. 4. El oxígeno es necesario para la respiración porque es el máximo aceptor de electrones en el sistema. 5. Cuando el oxígeno acepta los electrones y los protones de los dos átomos de hidrógeno, el agua (H2O) se produce como un producto de desecho.

RESUMEN DE LA PRODUCCIÓN DE ATP 1. La glucólisis produce una ganancia neta total de ocho ATP. 2. El ciclo de Krebs del ácido cítrico produce 14 ATP para cada una de las dos moléculas de ácido

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pirúvico y un ATP o GTP a través del transporte de electrones. Por lo tanto, la producción total en este ciclo es de 28 ATP y dos de GTP o 30 ATP. 3. Los ocho ATP de la glucólisis y los 30 ATP del ciclo de ácido cítrico suman un total de 38 ATP por cada molécula de glucosa.

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA 1. La fermentación es el proceso por el cual las células de levadura descomponen la glucosa en ausencia de oxígeno. Este proceso produce solamente dos ATP y es mucho menos eficiente que la glucólisis. 2. Los otros productos de fermentación son el gas de dióxido de carbono (que hace que la masa de pan se infle), y el alcohol etílico, que se usa en la cerveza, el vino, y la industria de bebidas alcohólicas. 3. Cuando sobrecargamos de trabajo nuestros músculos y las células musculares no pueden conseguir suficiente oxígeno, éstas comienzan a descomponer la glucosa (por la ausencia de oxígeno). La ganancia neta total es de sólo dos moléculas ATP, y el ácido pirúvico se convierte en ácido láctico. 4. La acumulación de ácido láctico en las células musculares es lo que causa la fatiga en los músculos sobreejercitados. La respiración y latidos del corazón se aceleran para llevar más O2 a las células. Finalmente, el cansancio desaparece cuando el ácido láctico se convierte de nuevo en ácido pirúvico y el oxígeno vuelve a estar disponible.

PRODUCCIÓN DE ATP DE ALIMENTOS COMPUESTOS GENERALES 1. El horno celular que “quema” la comida para producir ATP consiste en la glucólisis, el ciclo de Krebs del ácido cítrico y el transporte de electrones. 2. Los carbohidratos alimentan al horno al nivel de la glucosa en la glucólisis. 3. Las grasas son digeridas en glicerol, que alimenta al horno en la fase de ácido fosfoglicérico de la glucólisis y en ácidos grasos que alimentan al ciclo del ácido cítrico. 4. Las proteínas son digeridas en aminoácidos. Alimentan al horno en diferentes etapas de la glucólisis y ciclo del ácido cítrico sobre la base de su estructura química. 5. Los carbohidratos, las grasas y las proteínas son todas las posibles fuentes de energía celular, ya que pueden desglosarse y su energía química se puede convertir en otra forma de energía química como el ATP, la cual hecha a andar la maquinaria celular.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

INTRODUCCIÓN A LA REPRODUCCIÓN CELULAR 1. La reproducción celular es el proceso mediante el cual una célula se duplica. La mitosis es la duplicación del material genético en el núcleo. La citocinesis es la duplicación de los organelos en el citoplasma. La meiosis es un tipo especial de división reductiva que se produce sólo en las gónadas.

LA ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE ADN Historia del descubrimiento del ADN 1. El ADN fue descubierto por primera vez en 1869 por el químico alemán Friedrich Miescher. 2. En la década de 1920, P. A. Levine descubrió que el ADN contenía fosfatos, azúcares de cinco carbonos y bases nitrogenadas. 3. Rosalind Franklin, de nacionalidad británica, descubrió la estructura helicoidal del ADN a través de estudios de cristalografía de rayos X. 4. El estadounidense James Watson, y el británico Francis Crick ganaron en 1962 el premio Nobel por la elaboración de la estructura tridimensional de la molécula. Anatomía de la molécula de ADN 1. Una molécula de ADN es una doble cadena helicoidal de nucleótidos. 2. Un nucleótido es una combinación compleja de un grupo fosfato (PO4), un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa) y una base nitrogenada, ya sea purina o pirimidina. 3. Una pirimidina consta de un solo anillo de seis átomos de carbono y nitrógeno. Hay dos pirimidinas en la molécula: la timina y la citosina. 4. Una purina se compone de un doble anillo fusionado de nueve átomos de carbono y nitrógeno. Hay dos purinas en la molécula: adenina y guanina. 5. En la cadena de nucleótidos, se forman enlaces entre el grupo fosfato de un nucleótido y el azúcar del nucleótido siguiente. La base se extiende desde el azúcar. 6. La adenina de una cadena siempre se empareja con la timina de la otra cadena. La citosina de una cadena siempre se empareja con la guanina de la otra cadena. Las bases se mantienen unidas por puentes de hidrógeno. 7. Un gen es una secuencia de pares orgánicos de base nitrogenada que codifica una proteína o un polipéptido. 8. En nuestros 46 cromosomas hay miles de millones de pares de base nitrogenada que codifican más de 30,000 genes.

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EL CICLO CELULAR 1. El ciclo celular es el proceso mediante el cual una célula se divide en dos y duplica su material genético. 2. El ciclo celular se divide en tres etapas: interfase, mitosis y citocinesis. Interfase 1. La interfase es el tiempo entre las divisiones. Se divide en tres subetapas: G1 (crecimiento uno), S (síntesis), y G2 (crecimiento dos). 2. La mayor parte de vida de la célula se gasta en el G1. 3. Durante la fase S, el material genético o ADN se duplica. 4. Durante la fase G2, las mitocondrias se replican y los cromosomas se condensan y enroscan. Se sintetiza la tubulina. Mitosis 1. La mitosis, que es la división celular del núcleo, tiene cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase. Profase 1. Los cromosomas duplicados se acortan, se condensan y se hacen visibles como dos cromátidas hermanas unidas en una zona central llamada centrómero. 2. Los dos cinetocoros se encuentran en el centrómero. 3. Los centriolos se mueven hacia los polos opuestos de la célula y forman husos y ásteres en las células animales. 4. La membrana nuclear se rompe y desaparece el nucleolo. 5. Los microtúbulos adjuntan a los cinetocoros al huso. Metafase 1. Las cromátidas hermanas se alinean en círculo en el ecuador de la célula, que es mantenida en su lugar por los microtúbulos unidos a los cinetocoros del centrómero. 2. El centrómero se divide. Anafase 1. Cada centrómero dividido jala a una de las cromátidas hermanas a un polo opuesto. 2. La citocinesis comienza. Telofase 1. Los cromosomas se empiezan a descondensar y desenvolver. 2. El huso mitótico se rompe. 3. Se forma una nueva membrana nuclear alrededor del conjunto de cromosomas en cada polo. 4. La citocinesis está casi completa.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

Citocinesis 1. En las células animales se forma un surco divisorio por medio de un pellizco a la membrana celular, dando lugar a dos células hijas. 2. En las células vegetales se forma una placa celular en el ecuador y crece hacia afuera dividiendo efectivamente a la célula en dos. La placa celular se convierte en una nueva pared celular.

MEIOSIS: UNA DIVISIÓN REDUCTIVA 1. La meiosis es una división reductiva de los materiales nucleares que sólo se produce en las gónadas. Se reduce el material genético de 46 (diploides o 2n) a 23 (haploides o n) cromosomas. 2. La meiosis consiste en dos divisiones dando lugar a cuatro células. La primera división meiótica reduce el número de cromosomas a la mitad. La segunda corrige su naturaleza duplicada. Etapas de la meiosis Profase I 1. Se emparejan los cromosomas homólogos y puede ocurrir un sobrecruzamiento. 2. Las fibras del huso se forman, la membrana nuclear se rompe y los cromosomas se unen al eje por los centrómeros. Metafase I 1. Los microtúbulos se adhieren al cinetocoro a un lado del centrómero y se alinean pares de cromosomas homólogos a lo largo del ecuador del huso. Anafase I 1. Los centrómeros no se dividen. Los microtúbulos del huso se acortan y tiran de los centrómeros de los cromosomas hacia polos opuestos, uno de cada par a un polo. Telofase I 1. Un miembro de cada par de cromosomas homólogos se encuentra en cada polo. El número de cromosomas se ha reducido a la mitad. Ahora son haploides pero todavía duplicados. 2. El huso desaparece y se forma una nueva membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas en el polo. 3. Los cromosomas se descondensan y desenvuelven. 4. Se produce una citocinesis y dos nuevas células hijas se forman. Profase II 1. Se forma un huso en cada célula hija, los centriolos se mueven hacia polos opuestos y los cromosomas se enroscan y engruesan. 2. Desaparece la membrana nuclear.

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Metafase II 1. Los cromosomas se alinean en el ecuador de la célula unidos por los microtúbulos del huso. 2. Los microtúbulos se unen a los dos cinetocoros del centrómero. Anafase II 1. Los centrómeros se dividen. 2. Las fibras huso se contraen separando a las cromátidas hermanas una a cada polo del huso. Telofase II 1. Las cromátidas llegan a cada polo, donde se desenroscan y desenvuelven. 2. Se forma una nueva membrana nuclear alrededor de las cromátidas y el huso desaparece. 3. Se forman cuatro células haploides cuando la citocinesis se completa.

GAMETOGÉNESIS: LA FORMACIÓN DE LAS CÉLULAS DEL SEXO 1. La espermatogénesis se produce en los túbulos seminíferos de los testículos. Cada una de las cuatro células producidas por la meiosis se convierte en esperma. 2. El citoplasma de cada célula se convierte en un flagelo tipo cola y una concentración de mitocondrias forma la pieza media o collar. La cabeza del espermatozoide está formada por el núcleo de la célula. 3. La ovogénesis se produce en el ovario. De las cuatro células producidas, sólo una se convierte en óvulo funcional. Las otras tres son llamadas cuerpos polares y aportan su citoplasma al óvulo funcional. Una comparación de la mitosis y la meiosis 1. La mitosis produce dos células hijas con el mismo material genético que la célula madre. 2. La meiosis produce cuatro células hijas, cada una con la mitad del material genético de la célula madre. 3. En la meiosis, pares de cromosomas homólogos se alinean en la profase I e intercambian material genético en un proceso llamado entrecruzamiento. 4. La mitosis es un proceso de división reductiva celular mediante la cual crecemos, nos mantenemos y nos reparamos. La mayoría de las células de nuestro cuerpo experimentan la mitosis. Las células nerviosas y musculares rara vez se dividen y las células del hígado se dividen solamente cuando están dañadas. 5. La meiosis se produce sólo en las gónadas. A diferencia de las células producidas mediante la mitosis, las células meióticas no pueden vivir por su cuenta. Ellas deben unirse durante la fertilización en el tracto reproductor femenino.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

6. El cáncer es un crecimiento celular incontrolado causado por el material genético dañado. Las células no entran en la interfase, sino que se dividen continuamente.

PREGUNTAS DE REPASO 1. Haz un diagrama de la glucólisis, el primer paso en la descomposición bioquímica de una molécula de glucosa. Indica dónde y cuántos ATP se producen. 2. Realiza un diagrama del ciclo de Krebs del ácido cítrico a partir de una molécula de ácido pirúvico. señala dónde y cuántos ATP se producen. 3. Efectúa un diagrama del sistema de transporte de electrones con sus transportadores de electrones. Indica dónde y cuántos ATP se producen. * 4. ¿Por qué la fermentación anaeróbica y la producción de ATP de las células musculares son menos eficientes que la glucólisis? * 5. Además de la cerveza y el vino, nombra algunas otras aplicaciones prácticas del proceso de fermentación para el progreso humano. 6. Nombra los cuatro tipos de bases orgánicas que se encuentran en una molécula de ADN, e indica cómo se emparejan en el enlace las dos cadenas helicoidales de la molécula. Incluye un dibujo lineal diagramático de un segmento corto de ADN. 7. Nombra las tres etapas principales del ciclo celular. 8. Nombra y explica lo que sucede durante las tres subetapas de la interfase. * 9. ¿Por qué la interfase fue una vez llamada “fase de reposo”? 10. Nombra y describe brevemente las etapas de las dos divisiones meióticas de la meiosis. * 11. ¿Por qué la meiosis es llamada división reductiva? * 12. Compara las principales diferencias entre mitosis y meiosis. *

Preguntas de pensamiento crítico

VERDADERO O FALSO V

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1. La descomposición de la glucosa requiere oxígeno, porque el oxígeno es el donador final de electrones para que éstos sean utilizados por los cofactores en el sistema de transporte de electrones. 2. La descomposición anaeróbica de la glucosa por células de levadura produce un ATP, alcohol etílico, CO2 y NAD. 3. El ácido láctico producido en los músculos durante la respiración anaeróbica se acumula y nunca se descompone o convierte en otros productos.

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4. La formación de ácido láctico regenera NAD para su uso en la secuencia glucolítica. 5. Cada molécula de glucosa sometida a la glucólisis cede una molécula de ácido pirúvico. 6. Una molécula de glucosa sometida a la respiración aeróbica cede 34 moléculas de ATP. 7. La ecuación química global para la respiración es C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía en forma de ATP. 8. Cuando el dinucleótido adenina nicotina se reduce en el transporte de electrones, dos moléculas de ATP se producen. 9. La fermentación es tan efectiva como la glucólisis. 10. Todos los alimentos introducidos en el cuerpo deben ser desglosados en glucosa antes de proceder a la respiración.

COMPLETA LOS ESPACIOS EN BLANCO Llena los espacios en blanco con el término más apropiado. 1. ____________________ descubrió la naturaleza helicoidal de la molécula de ADN a través de estudios de cristalografía de rayos X en Inglaterra. 2. ____________________ y ____________________ ganaron el premio Nobel en 1962 por determinar la estructura tridimensional de la molécula de ADN. 3. La molécula ADN consiste en una cadena de doble hélice de ____________________. 4. En la molécula de ADN, cada grupo fosfato está enlazado a ____________________. 5. Los dos tipos de bases de nitrógeno en la molécula de ADN son: ____________________, un anillo simple de seis átomos, y ____________________, un doble anillo fusionado de nueve átomos de carbono y nitrógeno. 6. La adenina siempre se empareja con ____________________, y la citosina siempre se empareja con ____________________. 7. Los pares de nitrógeno de las dos cadenas de la molécula ADN se mantienen unidas por enlaces____________________. 8. La división celular reductiva en el núcleo de la producción de dos núcleos idénticos se conoce como ____________________. 9. ____________________ es una división reductiva de los materiales nucleares a fin de que cada gameto contenga sólo la mitad del material genético de la madre.

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CAPÍTULO 4 Metabolismo celular y reproducción: Mitosis y meiosis

10. El intercambio de material genético entre los cromosomas homólogos que ocurre en la profase I de la meiosis se llama ____________________. 11. El número de células que se producen después de la mitosis es ____________________, mientras que el número de células producidas después de la meiosis es ____________________. 12. La meiosis ocurre sólo en ____________________ del cuerpo humano.

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Investiga y explora Busca en internet los cambios en el metabolismo que se producen a medida que envejecemos. Comparte con la clase algo que hayas aprendido de tu investigación.

Conexión con StudyWARE ™ Haz una prueba o un juego interactivo para reforzar f el contenido de este capítulo en tu CD-ROM de StudyWARE™.

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

METABOLISMO CELULAR

El autor recomienda a los estudiantes que vean en el laboratorio el video “Respiración celular: La energía de la vida”. Este video fue producido por Human Relations Media, 175 Tompkins Ave.,

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

REPRODUCCIÓN CELULAR

1. Configura el microscopio compuesto de luz y observa las fases de la mitosis en los portaobjetos, de blástula de pescado blanco (animal) y de punta de raíz de cebolla (planta). Dibuja y etiqueta las células que muestren las siguientes etapas: interfase, profase, metafase, anafase y telofase. 2. Examina una diapositiva preparada con espermatozoides humanos. Dibuja y rotula las partes de un espermatozoide. 3. Examina una diapositiva preparada con los cromosomas de una mosca de la fruta (Dro-

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Pleasantville, NY 10570-3156. Dura 22 minutos e incluye una guía para profesores y hojas de trabajo para los alumnos.

sophila) y de un frotis de las glándulas salivales de la mosca. 4. Construye una porción de una molécula de ADN con el equipo suministrado por el instructor. 5. Utilizando un bio-kit de simulación de cromosomas, construye cromosomas con cuentas de colores que representen a los genes haciendo una réplica de las etapas del ciclo mitótico celular.

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Tejidos OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Clasificar el tejido epitelial basándote en la forma y en su arreglo, así como poner ejemplos de éste. 2. Nombrar los tipos de glándulas del cuerpo y ejemplificar. 3. Nombrar las funciones del tejido conectivo. 4. Comparar el tejido epitelial con el tejido conectivo en términos de su arreglo celular y del material intersticial. 5. Nombrar los tres principales tipos de tejido conectivo y ejemplificar. 6. Enlistar las funciones del tejido epitelial. 7. Enlistar los tres tipos de músculo y describir cada uno basándote en su estructura y su función. 8. Describir la anatomía de una neurona y la función del tejido nervioso.

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C O N C E P T O S C L AV E Adiposo Aponeurosis Areolar Axón Cartílago elástico Cartílago hialino Células caliciformes Células de Kupffer Colágeno Condrocito Cuerpo celular Dendritas Dentina Discos intercalados Elastina Endocardio Endotelio Epitelio columnar Epitelio cuboidal Epitelio de transición Epitelio escamoso Epitelio estratificado Epitelio glandular Epitelio pseudoestratificado Epitelio simple Eritrocitos Fagocítico Fascia

Fibras musculares Fibroblastos Fibrocartílago Glándulas endocrinas Glándulas exocrinas Glándulas exocrinas compuestas Glándulas exocrinas simples Heparina Histamina Histiocitos Histología Hueso Hueso compacto Hueso esponjoso Laguna Leucocitos Ligamentos Macrófagos Mastocitos Matriz Membrana basal Membrana mucosa/ epitelio Membranas sinoviales Mesotelio Microglia Músculo cardiaco Músculo estriado o esquelético Músculo liso

Neuroglia Neurona Osteocitos Parietal Pericardio Peristalsis Peritoneo Pleura Reticular Sanguíneo Sistema reticuloendotelial (RE) Tejido Tejido conectivo Tejido epitelial Tejido hematopoyético Tejido linfoide Tejido muscular Tejido seroso Tendones Terminaciones del axón Visceral

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CAPÍTULO 5

Tejidos

INTRODUCCIÓN Las unidades básicas de los tejidos son agrupaciones de células. Estas células tienen funciones y estructuras similares. Los tejidos se clasifican basándose en la forma en la que se arreglan las células, así como en el tipo y la cantidad de material que se encuentra entre éstas. Las células pueden estar empaquetadas muy juntas o separadas por material intersticial. Al estudio de los tejidos se le denomina histología. Los cuatro tipos de tejidos básicos son epitelial, conectivo, muscular y nervioso. Cada tipo se encuentra subdividido en ejemplos específicos. Estos tejidos se combinan para formar órganos. Los conjuntos de órganos forman los sistemas del cuerpo que nos permiten funcionar y sobrevivir en el ambiente.

TEJIDO EPITELIAL El tejido epitelial tiene cuatro funciones principales. 1. Producir el tejido subyacente: nuestra piel es tejido epitelial y nos protege del posible daño causado por los rayos del sol y por ciertos químicos. El recubrimiento de nuestro tracto digestivo se compone de tejido epitelial y protege el tejido subyacente de la abrasión conforme los alimentos pasan a través del tracto. 2. Absorción: en el recubrimiento de nuestro intestino delgado, los nutrientes de los alimentos digeridos entran a los capilares sanguíneos y son transportados a las células de nuestro cuerpo. 3. Secreción: todas las glándulas se componen de tejido epitelial; las glándulas endocrinas secretan hormonas, las glándulas mucosas secretan moco, y nuestro tracto intestinal contiene células que secretan enzimas digestivas, además del páncreas e hígado, que secretan la mayor fracción de enzimas digestivas. 4. Excreción: las glándulas sudoríparas excretan productos de desecho, como la urea. Cuando el tejido epitelial tiene una función protectora o de absorción se encuentra arreglado en láminas que cubren superficies, como la piel o el recubrimiento intestinal. Cuando tiene una función secretora, las células involucionan de la superficie hacia los tejidos subyacentes para formar estructuras glandulares. Sólo una mínima cantidad, si es que la hay, de material intercelular se encuentra en el tejido epitelial. Las células se encuentran empaquetadas muy juntas y por ende, este tejido no es tan fácil de penetrar como otros. Las células epiteliales se encuentran ancladas entre sí y a los tejidos subyacentes mediante una membrana especializada llamada membrana basal. Esta membrana actúa como el cemento en un piso, donde los mosaicos serían las células en esta metáfora. Esto es muy importante porque actúa como un ancla para la unión de las células

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epiteliales y provee protección para los tejidos subyacentes, como sería el caso del tejido conectivo. El tejido epitelial puede nombrarse de acuerdo a la forma y las estructuras que se encuentren en el borde libre, o exterior, de las células. Esta superficie puede ser plana o puede tener filas de cilios (como aquellas que recubren el tracto respiratorio), un flagelo (común en la célula espermática), microvellosidades (dobleces), y vesículas secretoras (como las que recubren el intestino delgado). El tejido epitelial puede ser del grosor de una sola capa o de varias capas de células.

Clasificación basándose en la forma Las células epiteliales se clasifican como escamosas, cuboidales o columnares. Las células escamosas son planas y ligeramente irregulares en su forma (Figura 5-1). Funcionan como una capa protectora. Recubren nuestra boca, vasos sanguíneos y linfáticos, partes de los túbulos renales, nuestra garganta y esófago, el ano y nuestra piel. Si se exponen de manera constante a un agente irritante, como sucede en los recubrimientos de los ductos de las glándulas, otras células pueden tomar la apariencia de células escamosas. Las células cuboidales parecen cubos pequeños (Figura 5-2). Se encuentran en las glándulas y en el recubrimiento del tejido de los conductos glandulares (sudoríparas y salivales), las cubiertas germinales de los ovarios, y en la capa pigmentada de la retina del ojo. Su función puede ser de secreción y protección. En las áreas de los túbulos renales tienen la función de absorción. Las células columnares tienen una apariencia grande y rectangular (Figura 5-3). Se encuentran en el recubrimiento de ciertos conductos glandulares (ej., glándulas mamarias) y en el conducto biliar del hígado. También se pueden observar en los tejidos secretores, como la mucosa del estómago, las vellosidades del intestino delgado, los tubos uterinos, y en el tracto respiratorio superior. Muchas de estas células presentan cilios.

Clasificación basándose en el arreglo Los cuatro arreglos más comunes del tejido epitelial son el simple, estratificado, pseudoestratificado y transicional. Conforme se describen las células epiteliales, se puede hacer una combinación de la clasificación, tanto de forma como de arreglo. El arreglo simple tiene una capa celular de grosor. Se encuentra en el recubrimiento de los capilares sanguíneos, los alveolos de los pulmones, y en el asa de Henle en los túbulos renales. Observa la Figura 5-2 para ver el epitelio cuboidal simple que se encuentra en el recubrimiento de los conductos glandulares. Regresa a la Figura 5-3 para observar el epitelio columnar simple que se encuentra en las vellosidades del intestino delgado y en el recubrimiento del útero. El arreglo estratificado tiene varias capas celulares de grosor. Puedes observar la Figura 5-1B para tener un ejemplo del epitelio escamoso estratificado que se encuentra en el

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CAPÍTULO 5 Tejidos

Ubicación y características

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Morfología

Células del epitelio escamoso Son células aplanadas y de forma irregular. Cubren el corazón, los vasos sanguíneos y linfáticos, celomas y los alveolos (bolsas de aire) de los pulmones. La capa externa de la piel está compuesta de células de epitelio plano estratificado queratinizado. Las células estratificadas en la capa externa de la piel protegen el cuerpo contra infecciones microbianas.

Fotografía cortesía de Fred Hossler, Visuals Unlimited, Inc.

(A)

(B)

FIGURA 5-1. Vistas del epitelio escamoso.

Ubicación y características

Morfología

(A)

Fotografía B cortesía de Cabisco, Visuals Unlimited, Inc.

Células del epitelio cuboidal Son de forma cúbica rodean los túbulos renales y cubren los ovarios y las partes secretoras de algunas glándulas.

(B)

FIGURA 5-2. Vistas del epitelio cuboidal.

interior de nuestra boca y garganta así como en la superficie externa de la piel. El epitelio cuboidal estratificado se encuentra en el recubrimiento de los conductos de las glándulas sudoríparas y de las glándulas salivales. El epitelio columnar estratificado se encuentra en el recubrimiento de los conductos de las glándulas mamarias y en partes de la uretra masculina.

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El arreglo pseudoestratificado parece consistir de varias capas debido a la presencia de varios núcleos posicionados en la célula, pero en realidad, todas las células se extienden de la membrana basal hacia la superficie externa o libre de las células. Este arreglo generalmente se ve en las células columnares. La Figura 5-4A es un ejemplo de epitelio columnar pseudoestratificado ciliado.

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CAPÍTULO 5

Tejidos

Ubicación y características

Morfología

Células del epitelio columnar Son alargadas, en general presentan el núcleo cerca del fondo y a menudo contienen cilios en la superficie externa; recubren los conductos, el tracto digestivo (especialmente del intestino y el estómago), partes del tracto respiratorio y glándulas. (B)

Fotografía B cortesía de Richard Kessel, Visuals Unlimited, Inc.

(A)

Cortesía de John D. Cunningham (fotografía A), Richard Kessel (fotografía B), Visuals Unlimited, Inc.

FIGURA 5-3. Vistas del epitelio columnar.

(A)

(B)

FIGURA 5-4. Muestras de (A) epitelio ciliado columnar pseudoestratificado y (B) epitelio de transición.

Podemos encontrar este tejido en la garganta, tráquea, y en los bronquios de los pulmones. El epitelio transicional consta de varias capas de células muy elásticas, flexibles y estrechamente empaquetadas (Figura 5-4B). Cuando la superficie de las células se estira, como cuando la vejiga está llena, las células tienen una apariencia escamosa o plana, pero cuando el tejido se relaja, como en la vejiga vacía, las paredes de las células tienen una apariencia dentada, como los dientes de una sierra. Este tipo de epitelio recubre la pelvis de los riñones, los uréteres, la vejiga urinaria y la parte superior de la uretra.

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Clasificación en base a la función El tejido epitelial también puede ser nombrado o clasificado sobre la base de su función. Los términos membrana mucosa, glándulas, endotelio y mesotelio se refieren a tejidos epiteliales. Las membranas mucosas recubren los tractos digestivo, respiratorio, urinario y reproductivo, así como todas las cavidades corporales que abren al exterior. Generalmente son ciliadas. Su función más obvia es producir moco, pero también concentra la bilis en la vesícula

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CAPÍTULO 5 Tejidos

biliar. En el intestino secreta enzimas que llevan a cabo la digestión de los alimentos y de los nutrientes antes de su absorción. Las membranas mucosas protegen, absorben nutrientes y secretan moco, enzimas y sales biliares. El epitelio glandular forma glándulas. Las glándulas son involuciones de células epiteliales especializadas para sintetizar compuestos específicos. El cuerpo tiene dos tipos de glándulas multicelulares. Las glándulas exocrinas tienen ductos excretores que conducen el material secretado de la glándula hacia la superficie de un lumen (pasillo) sobre la piel. Existen dos tipos de glándulas exocrinas. Las glándulas exocrinas simples tienen conductos simples sin ramificaciones. Algunos ejemplos son las glándulas sudoríparas, la mayor parte de las del tracto digestivo y las sebáceas. El otro tipo de glándula exocrina es la glándula exocrina compuesta. Estas glándulas se componen de varios lóbulos, cada uno con ductos que se unen a otros. Por lo que los conductos se encuentran ramificados. Los ejemplos de éstas son las glándulas mamarias y las grandes glándulas salivales. Las glándulas endocrinas son el segundo tipo de glándulas multicelulares en el cuerpo. No presentan conductos y secretan hormonas; los ejemplos son la tiroides y la glándula pituitaria. Las células caliciformes son glándulas unicelulares que secretan moco. Se encuentran distribuidas entre las células epiteliales que componen las membranas mucosas. Endotelio es un nombre especial que se le da al epitelio que recubre el sistema circulatorio. Este sistema está cubierto por una sola capa de células tipo escamoso. El endotelio recubre los vasos sanguíneos y los vasos linfáticos. El que recubre el corazón tiene un nombre especial, que es endocardio. Un capilar sanguíneo consta de una sola capa de endotelio. A través de esta capa unicelular pasan el oxígeno, dióxido de carbono, nutrientes y los desechos que son transportados por las células sanguíneas hacia el resto de las células del cuerpo. El último tipo de tejido epitelial clasificado en base a la función es el mesotelio. También se conoce como tejido seroso y cubre las grandes cavidades del cuerpo que no abren al exterior. Estas membranas consisten únicamente en una capa de células escamosas sobre una lámina de tejido conectivo. Existen nombres especiales asociados con este tipo de tejido epitelial. La pleura es la membrana serosa o tejido mesotelial que recubre la cavidad torácica. El pericardio es la membrana serosa que cubre el corazón; el peritoneo es la membrana serosa que cubre la cavidad abdominal. Este tejido protege, ya que reduce la fricción entre órganos y secreta fluidos. El término parietal se refiere a las paredes de una cavidad y visceral se refiere a la cubierta de un órgano.

TEJIDO CONECTIVO El segundo mayor tipo de tejido es el tejido conectivo. Este tipo de tejido permite el movimiento y provee soporte

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a otros tejidos. En éste, a diferencia del epitelial, hay abundancia de un material intercelular llamado matriz. Esta matriz varía en su tipo y cantidad. Contribuye a las diferencias que existen entre los distintos tipos de tejido conectivo. También existen fibras de colágeno y elastina embebidas en la matriz. A veces, las fibras pueden observarse fácilmente bajo el microscopio, como ocurre en los tendones, mientras que en otros tejidos, no son tan aparentes, como en el cartílago. Podemos clasificar el tejido conectivo en tres subgrupos: tejido conectivo laxo, tejido conectivo denso y tejido conectivo especializado.

Tejido conectivo laxo Como su nombre lo indica, las fibras del tejido conectivo laxo no se encuentran muy juntas. Existen tres tipos de éste: areolar, adiposo y reticular. El tejido conectivo rellena los espacios y penetra entre los órganos. El tejido areolar es el que presenta mayor distribución. Se estira fácilmente aunque es resistente a la ruptura. Tiene tres tipos principales de células distribuidas entre sus delicadas fibras: los fibroblastos, los histiocitos y los mastocitos. Los fibroblastos son pequeñas células aplanadas con grandes núcleos y poco citoplasma; su forma es ligeramente irregular. El término fibroblasto (blasto significa germinal o embrionario) se refiere a la capacidad de estas células para formar fibrillas (pequeñas fibras). Participan activamente en la reparación de lesiones. Los histiocitos son células fagocíticas estacionarias y grandes, que ingieren (fago = comer) desechos y microorganismos fuera del sistema circulatorio sanguíneo. Originalmente se encuentran como monocitos en la sangre circulante. Cuando son motiles en el tejido se denominan macrófagos. Un macrófago del tejido conectivo laxo se denomina específicamente como un histiocito. Los histiocitos son estacionarios o se encuentran fijos en el tejido. Los mastocitos son células redondas o poligonales y se encuentran cerca de vasos sanguíneos pequeños. Los mastocitos funcionan en la producción de heparina (un anticoagulante) y la histamina (una sustancia inflamatoria que se produce como respuesta alérgica). El tejido areolar es el soporte básico alrededor de los órganos, músculos, vasos sanguíneos y nervios (Figura 5-5). Forma las delicadas membranas alrededor de la médula espinal y del cerebro. Une a la piel con los tejidos subyacentes. El tejido adiposo es el segundo tipo de tejido conectivo laxo (Figura 5-6). Está cargado con células adiposas. Las células adiposas contienen tanta grasa almacenada que su núcleo y citoplasma quedan pegados contra la membrana celular. En un corte histológico bajo el microscopio, se ven como grandes burbujas de jabón y se reconocen fácilmente. El tejido adiposo actúa como un empaque firme y protector alrededor y entre los órganos, entre haces de fibras musculares y nervios, así como también da soporte a los vasos sanguíneos. Los riñones tienen una capa de tejido adiposo que los cubre para protegerlos de golpes o sacudidas fuertes. Además, como

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CAPÍTULO 5

Tejidos

Función

Ubicación y características

Morfología Mastocitos

Está compuesto de una gran matriz semifluida con muchos tipos diferentes de células y fibras. Incluye fibroblastos (fibrocitos), células plasmáticas, macrófagos, mastocitos y diversos tipos de glóbulos blancos. Las fibras son haces de proteínas fuertes y flexibles de colágeno y de fibras elásticas de elastina. Se encuentra en la epidermis de la piel y en la capa subcutánea con células adiposas.

Fibras reticulares Fibras de colágeno Fibroblasto Célula plasmática Fibra elástica Matriz Macrófago

(A)

(B)

Fotografía (B) cortesía de John D. Cunningham, Visuals Unlimited, Inc.

Conectivo areolar (laxo) Este tejido rodea varios órganos y soporta neuronas y vasos sanguíneos que transportan nutrientes (a las células) y desperdicios (fuera de las células). El tejido areolar también almacena (temporalmente) glucosa, sales y agua.

FIGURA 5-5. Vistas de tejido conectivo laxo o areolar.

Función

Ubicación y características

Morfología Citoplasma

Es un tipo de tejido conectivo laxo compuesto de células adiposas en forma de saco; se especializa en el almacenamiento de grasa. Las células adiposas se encuentran en todo el cuerpo; en la capa subcutánea de la piel, alrededor de los riñones, dentro de las articulaciones y en la médula de los huesos largos.

Fibras de colágeno Núcleo Vacuola (para almacenamiento de grasa)

(A)

(B)

Fotografía (B) cortesía de Fred Hossler, Visuals Unlimited, Inc.

Tejido adiposo Este tejido almacena lípidos (grasa), actúa como un filtro, amortigua, da soporte y aísla el cuerpo.

FIGURA 5-6. Vistas de tejido adiposo. Este tejido rodea los lóbulos de las glándulas mamarias. La cantidad de tejido adiposo deter-

mina el tamaño de los senos en una mujer.

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CAPÍTULO 5 Tejidos

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la grasa es un mal conductor del calor, el tejido adiposo actúa como un aislante para el cuerpo, protegiéndolo de pérdidas excesivas de calor o de un incremento excesivo en la temperatura. Piensa en los animales del Ártico y del Antártico. Pueden vivir allí gracias a las capas de grasa, que son de tejido adiposo. La joroba de un camello no es un órgano para almacenar agua, sino una joroba constituida de tejido adiposo con gran capacidad de almacenar grasa para proteger los órganos internos del calor del desierto. El tejido reticular es el tercer tipo de tejido conectivo suelto. Consiste de una red fina de fibras que forman el marco estructural del hígado, de la médula ósea y de los órganos linfoides, como el bazo y los nódulos linfáticos.

son tendones anchos y planos (Figura 5-7). Los tendones tienen una mayoría de fibras de colágeno, mientras que los ligamentos (ej., cuerdas vocales) tienen una combinación de colágena y elastina. Los ejemplos de tejido conectivo denso que tienen un arreglo irregular de estas fibras son las láminas musculares, la capa de la dermis de la piel, y las cubiertas externas de los tubos corporales como los de las arterias. Las cápsulas que son parte de una estructura articular también tienen tejido conectivo denso irregular, como la fascia, el tejido conectivo que cubre un músculo completo.

Tejido conectivo denso

Algunos tipos de tejido conectivo tienen funciones especializadas. El cartílago es uno de estos tipos especiales de tejido. Los tres tipos de cartílago que encontramos en el cuerpo son hialino, fibroso y elástico. Las células del cartílago se llaman condrocitos; son células grandes y redondas con núcleos esféricos. Cuando vemos el cartílago bajo el microscopio, los condrocitos se encuentran en cavidades llamadas lagunas. Las lagunas son cavidades en una matriz firme compuesta de proteínas y polisacáridos. Dependiendo del tipo de cartílago, diferentes

Función

Tejido conectivo denso Este tejido forma ligamentos, tendones y aponeurosis. Los ligamentos son bandas (o cuerdas) fuertes y flexibles que sostienen firmemente a los huesos en las articulaciones. Los tendones son bandas blancas y brillantes que adhieren los músculos esqueléticos con los huesos. Las aponeurosis son bandas de tejido anchas y aplanadas que sujetan un músculo a otro o al periostio (la cubierta ósea). La fascia es tejido conectivo fibroso alrededor del músculo que permite al músculo mantenerse en su lugar.

Ubicación y características

El tejido conectivo denso es también llamado tejido blanco, porque está hecho de fibras de colágeno empaquetadas de manera muy firme. El tejido denso es flexible pero no elástico. Este tejido tiene poca irrigación sanguínea y por eso tarda en sanar.

Morfología

Fibras de colágeno Fibroblasto

Fotografía (B) cortesía de Carolina Biological, Visuals Unlimited, Inc.

Como su nombre lo indica, el tejido conectivo denso está compuesto de paquetes de fibras proteicas. Se divide en dos subgrupos que se basan en el arreglo de las fibras y de la fracción de las fibras fuertes de colágeno y de las fibras flexibles de elastina. Los ejemplos de tejido conectivo denso que tienen un arreglo regular de fibras son los tendones, que unen los músculos al hueso; los ligamentos, que unen el hueso con otro hueso; y las aponeurosis, que

Tejido conectivo especializado

(A) densamente empaquetadas

(B)

FIGURA 5-7. Algunos ejemplos de tejido conectivo denso con un arreglo regular de fibras son los tendones, los ligamentos y las

aponeurosis. Los que presentan un arreglo irregular de fibras se denominan fascias.

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CAPÍTULO 5

Tejidos

Función

Cartílago Proporciona un soporte firme pero flexible al esqueleto embrionario y a una parte del esqueleto adulto. Hialino Conforma el esqueleto de un embrión.

Ubicación y características

Morfología

El cartílago hialino se encuentra en la superficie de huesos articulares y también en la punta de la nariz, bronquios y tubos bronquiales. Las costillas están unidas al esternón (hueso pectoral) por el cartílago costal. También se encuentra en la laringe y en la tráquea.

Células (condrocitos) Matriz

Laguna (espacio que encierra las células) (A)

Fotografía (B) cortesía de Fred Hossler, Visuals Unlimited, Inc.

102

(B)

FIGURA 5-8. La anatomía del cartílago hialino.

cantidades de fibras de colágeno y elastina se encontrarán embebidas en la matriz, causando que el cartílago sea flexible o muy fuerte y resistente. El cartílago hialino, cuando se observa bajo el microscopio, tiene una matriz sin fibras visibles, de aquí el nombre hialino, que significa claro o cristalino (Figura 5-8). Conforme el feto se forma en el vientre, el sistema esquelético se compone por completo de cartílago hialino y es visible después de los tres meses de embarazo. Gran parte de este cartílago hialino será sustituido por hueso en los siguientes seis meses, a través del proceso llamado osificación. Sin embargo, parte del cartílago hialino permanece como una cubierta en las superficies de los huesos que forman las articulaciones. En nuestro cuerpo, los cartílagos costales que unen las terminaciones anteriores de nuestro séptimo par de costillas con el esternón se componen de cartílago hialino. La tráquea y los bronquios permanecen abiertos por medio de anillos incompletos de cartílago hialino. El septo de nuestra nariz también se compone de este tipo de cartílago. El fibrocartílago tiene una mayoría de fibras de colágeno embebidas en la matriz (Figura 5-9). Dichas fibras hacen que este tipo de cartílago sea denso y muy resistente al estiramiento. Los discos intervertebrales que rodean nuestra médula espinal y actúan como amortiguadores entre nuestras vértebras se componen de este fuerte cartílago. También conecta nuestros dos huesos

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pélvicos con la sínfisis púbica. Por lo tanto, podemos flexionar nuestra columna vertebral y curvarnos dentro de un límite particular de movimiento. Durante el parto, ocurre una expansión del canal del parto en la sínfisis púbica dentro de cierto límite gracias al fibrocartílago. El tercer tipo de cartílago es el cartílago elástico. Este tipo de cartílago tiene una predominancia de fibras de elastina embebidas en la matriz. Estas fibras deben teñirse de forma especial para poder ser vistas bajo el microscopio (Figura 5-10). Además permiten que este tipo de cartílago sea flexible y capaz de regresar a su forma original. El cartílago elástico se encuentra en nuestro oído externo o aurícula, en nuestros canales o tubos auditivos y en la epiglotis. El hueso es un tipo de tejido conectivo especializado muy firme. Este tema se cubre con mayor detalle en el Capítulo 7. Si observamos una sección de hueso, podemos distinguir dos tipos de tejido óseo: el hueso compacto, que forma la densa capa externa del hueso y tiene una apariencia sólida, y el hueso esponjoso, que forma el interior, es de apariencia esponjosa y se localiza debajo del hueso compacto. Cuando se ven al microscopio, las células óseas, llamadas osteocitos, también se encuentran las cavidades o lagunas, como lo vimos en el cartílago. La matriz del hueso está impregnada con sales minerales, particularmente de calcio y fósforo, que le confieren al hueso su apariencia dura y firme (Figura 5-11).

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CAPÍTULO 5 Tejidos

Fibrocartílago Es una sustancia de soporte, fuerte y flexible, que se encuentra entre los huesos y en donde se requiera de la aplicación de mucha fuerza (y cierto grado de rigidez).

Ubicación y características

Morfología

El fibrocartílago se localiza dentro de los discos intervertebrales y en la sínfisis púbica entre los huesos del pubis.

Condrocitos Fibras blancas y densas (A)

Fotografía (B) cortesía de, Visuals Unlimited, Inc.

Función

103

(B)

FIGURA 5-9. La anatomía del fibrocartílago.

Función

Cartílago elástico La matriz intercelular está embebida con una red de fibras elásticas y es firme pero flexible.

Ubicación y características

Morfología

El cartílago elástico se localiza en el interior del tubo auditivo, en el oído externo, la epiglotis y la laringe.

Fibras elásticas Condrocitos Núcleo

(B)

Fotografía (B) cortesía de Triarch, Visuals Unlimited, Inc.

(A)

FIGURA 5-10. La anatomía del cartílago elástico.

Otro tejido conectivo especializado es la dentina, el material que forma nuestros dientes. Aunque la dentina está muy relacionada con el hueso en cuanto a su estructura, es más dura y más densa. La corona de nuestros dientes está cubierta con otro tipo de material, el esmalte, que tiene una apariencia blanca. La dentina es de color

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café claro. Si alguna vez te has astillado un diente, el material café que ves debajo del esmalte es la dentina. El esmalte se secreta hacia la dentina a partir de células epiteliales especiales que originan el órgano del esmalte. Esta secreción ocurre justo antes de que los dientes salgan a través de las encías.

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CAPÍTULO 5

Tejidos

Función

Tejido óseo Comprende el esqueleto del cuerpo, el cual da soporte y protección a las partes de los tejidos suaves subyacentes y a los órganos, y también sirve para el anclaje de los músculos esqueléticos.

Ubicación y características

Morfología

La matriz intercelular de los tejidos conectivos se calcifica debido a las sales minerales (carbonato de calcio y fosfato de calcio). La calcificación le confiere a los huesos dureza y resistencia. Todo el esqueleto está compuesto de tejido óseo.

Célula ósea Citoplasma Núcleo

Lagunas óseas

(A)

(B)

Fotografía (B) cortesía de Fred Hossler, Visuals Unlimited, Inc.

104

FIGURA 5-11. Vistas del hueso compacto.

Los tejidos sanguíneo y hematopoyético son otros ejemplos de tejido conectivo especializado. La sangre es un tejido conectivo único en tanto se compone de una porción fluida (el plasma) así como por sus elementos sanguíneos: los eritrocitos o glóbulos rojos, y los leucocitos o glóbulos blancos (Figura 5-12). La sangre se discute con mayor detalle en el Capítulo 13. Las células sanguíneas se forman en la médula ósea roja, y algunos glóbulos blancos también se forman en los órganos linfoides. La médula y los órganos linfoides se conocen como tejidos hematopoyéticos. La sangre es el tejido líquido que circula a través del cuerpo. Transporta oxígeno, nutrientes, hormonas, enzimas y productos de desecho como el dióxido de carbono gaseoso y la urea. También brinda protección al cuerpo por medio de los glóbulos blancos y ayuda a regular la temperatura corporal. El tejido linfoide es otro tipo de tejido conectivo especializado (Figura 5-13). Se encuentra en las glándulas linfáticas o nódulos linfáticos, el timo, el bazo, las amígdalas y los adenoides. El tejido linfático manufactura las células plasmáticas, como los linfocitos B. El papel principal de este tejido es la producción de anticuerpos y la de protegernos de las enfermedades causadas por microorganismos foráneos. El sistema reticuloendotelial o sistema RE consiste en células de tejido conectivo especializadas en la fagocitosis. Existen tres tipos de células que cumplen esta categoría. El primer tipo lo conforman las células RE que

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recubren el hígado (también se conocen como células de Kupffer) y aquellas que recubren el bazo y la médula ósea. El segundo tipo son los macrófagos. Estas células también se conocen como histiocitos porque están fijas en el tejido hasta que necesitan “caminar” hacia un invasor y devorarlo. Cualquier célula fagocítica del sistema RE puede denominarse macrófago. El tercer tipo es una celula de la neuroglia, la cual da soporte, y una célula de la microglía. Ésta es una célula fagocítica que se encuentra en el sistema nervioso central. Otro tipo de células de la neuroglía también dan soporte. Las membranas sinoviales recubren las cavidades de las articulaciones de movimiento libre y también se clasifican como tejido conectivo especializado. Estas membranas recubren las bursas, que son pequeños sacos que contienen fluido sinovial entre los músculos, tendones, huesos, piel y estructura subyacentes. Previenen la fricción.

Funciones del tejido conectivo El tejido conectivo tiene muchas funciones variadas: 1. Dar soporte: los huesos dan soporte a otros tejidos del cuerpo. En la superficie de los huesos encontramos músculos, nervios, vasos sanguíneos, grasa y piel. El cartílago soporta nuestra nariz y es el principal componente de la estructura de nuestros oídos.

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CAPÍTULO 5 Tejidos

Sangre vascular (tejido sanguíneo líquido) Transporta nutrientes y moléculas de oxigeno a las células y desechos metabólicos hacia fuera de las células (puede ser considerado como un tejido líquido). Contiene células que funcionan en la defensa del cuerpo y en la coagulación sanguínea.

Ubicación y características

Morfología

La sangre está compuesta de dos partes principales: una líquida llamada plasma y una fracción celular sólida conocida como células sanguíneas (corpúsculos sanguíneos). Los corpúsculos se suspenden en el plasma y de los cuales existen dos tipos: células rojas de la sangre (eritrocitos) y células blancas (leucocitos). Un tercer componente celular (realmente, un fragmento celular) son las plaquetas. La sangre circula dentro de los vasos (arterias, venas y capilares) y a través del corazón.

Eritrocitos

Trombocitos (plaquetas)

Neutrófilo

Monocito

(A)

Linfocito

Basófilo

Eosinófilo

Fotografía (B) cortesía de Fred Hossler, Visuals Unlimited, Inc.

Función

105

(B)

FIGURA 5-12. Vistas de la sangre, un tipo de tejido conectivo fluido.

Linfa Transporta tejido líquido, proteínas, grasas y otros materiales de los tejidos del sistema circulatorio. Esto ocurre a través de una serie de tubos llamados vasos linfáticos.

Ubicación y características

La linfa es un fluido constituido por agua, glucosa, proteínas, grasas y sales. Sus componentes celulares son los linfocitos y los granulocitos. Ellos fluyen en los vasos linfáticos que corren paralelamente a las venas y bañan los espacios intercelulares.

Morfología

Capilar sanguíneo

Eritrocito Leucocito Linfa

Cells © Delmar/Cengage Learning

Función

Capilar linfático

FIGURA 5-13. El diagrama de un capilar linfático.

2. Nutrición: la sangre transporta nutrientes a las células del cuerpo. Las membranas sinoviales en las cápsulas articulares nutren al cartílago que se encuentra encima de los huesos. 3. Transporte: la sangre transporta gases, enzimas y hormonas hacia las células.

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4. Conexión: los tendones conectan los músculos con los huesos, y los ligamentos conectan los huesos entre sí. 5. Movimiento: los músculos jalan los huesos por medio de los tendones, y los huesos mueven nuestros cuerpos alrededor de nuestro ambiente.

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CAPÍTULO 5

Tejidos

6. Protección: los huesos protegen órganos vitales del cuerpo, como son el corazón, pulmones, cerebro y médula espinal. Las células sanguíneas, especialmente los leucocitos, nos protegen de microorganismos foráneos y de las lesiones a los tejidos. 7. Aislamiento: el tejido adiposo (grasa) nos previene de la pérdida excesiva de calor, así como de un incremento excesivo en la temperatura. 8. Almacenamiento: el hueso almacena las sales minerales, calcio y fósforo. El tejido adiposo almacena las moléculas altamente energéticas de la grasa, para que se usen y conviertan en trifosfato de adenosina cuando sea necesario. 9. Unión y separación: el tejido conectivo une a la piel con los músculos subyacentes. También forma capas alrededor y entre los órganos.

TEJIDO MUSCULAR La característica básica del tejido muscular es su capacidad de acortarse y engrosarse o contraerse. Esto se debe a la interacción de dos proteínas en la célula muscular: la actina y la miosina. La contractilidad de las células musculares se discute con mayor detalle en el Capítulo 9. Debido a que la longitud de una célula muscular es mucho más grande que su ancho, generalmente nos referimos a ellas como fibras musculares. Los tres tipos del tejido muscular son liso, estriado o esquelético y cardiaco.

Función

Liso (involuntario no estriado) Éste proporciona el movimiento involuntario. Por ejemplo, el movimiento de los materiales por el tracto digestivo, controla el diámetro de los vasos sanguíneos y la pupila de los ojos.

Las células del tejido muscular liso tienen forma de huso con un solo núcleo (Figura 5-14). No presentan estrías, es decir, no se observa un patrón de bandas claras y oscuras cuando se ven bajo el microscopio. Este tejido muscular es involuntario, lo que quiere decir que no tenemos control sobre su contracción. Está controlado por el sistema nervioso autónomo. Podemos encontrar músculo liso en las paredes de los órganos que forman tubos como los del tracto digestivo, y en las arterias y venas. Las células musculares están arregladas en capas: una capa longitudinal externa y una capa circular interna. La contracción simultánea de ambas capas empuja el material en el interior de la luz de los órganos con espacios internos en una sola dirección. Por lo tanto, los alimentos son empujados por la contracción de los músculos lisos a lo largo del tracto digestivo, un movimiento denominado peristalsis o peristaltis, es la manera en que la sangre fluye a lo largo de las arterias y venas. La orina también es desplazada desde los riñones hacia los uréteres gracias a la contracción del músculo liso. Cuando mencionamos la palabra músculo, normalmente nos referimos al músculo esquelético o estriado (Figura 5-15). Éste es el tejido que origina el movimiento de nuestro cuerpo al poner en acción a los huesos, por lo que se denomina músculo esquelético. Las células del músculo esquelético son largas, delgadas, multinucleadas y con estrías. En ellas podemos apreciar las bandas claras de los filamentos delgados de actina, que se alternan con las bandas oscuras de los filamentos gruesos de miosina. Cuando comemos “carne” de animales o de pescado, generalmente lo que estamos consumiendo

Ubicación y características

Morfología

Este músculo no se ve estriado porque carece de las bandas de estrías del musculo esquelético; su movimiento es involuntario. Forma parte de las paredes de los tractos digestivo, respiratorio, genitourinario y de los vasos sanguíneos y linfáticos.

(B)

Núcleo

Célula en forma de huso

Espacio intercelular

(A) Fotografía (B) cortesía de R. Calentine, Visuals Unlimited, Inc.

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FIGURA 5-14. Vistas del músculo liso.

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CAPÍTULO 5 Tejidos

Esquelético (voluntario estriado) Estos músculos se anclan a las partes movibles del esqueleto. Realizan contracciones rápidas y potentes, y son capaces de mantener periodos largos de contracciones sostenidas, permiten el movimiento voluntario.

Ubicación y características

Morfología

El músculo esquelético es estriado (tiene bandas transversales en toda la longitud de la fibra muscular); es voluntario porque se mueve bajo control de la conciencia; y es esquelético porque se ancla (A) al esqueleto (huesos, tendones, y a otros músculos).

Núcleo

Miofibrillas

Fotografía (B) cortesía de R. Calentine, Visuals Unlimited, Inc.

Función

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(B)

FIGURA 5-15. Vistas de las células del músculo esquelético.

Cardiaco Estas células ayudan al corazón a contraerse para bombear la sangre hacia su interior y hacia fuera del mismo.

Ubicación y características

Morfología

Núcleo central

El músculo cardiaco es un músculo involuntario (no está bajo control de la conciencia) estriado (presenta un patrón de bandas transversales). Forma las paredes del corazón.

Estriaciones

(A)

(B)

Ramificación celular Disco intercalado

Fotografía (B) cortesía de John Cunningham, Visuals Unlimited, Inc.

Función

FIGURA 5-16. Vistas de las células del músculo cardiaco.

son los músculos. Los músculos componen cerca del 40% de nuestro peso y de nuestra masa total. El músculo estriado es voluntario y está bajo el control del sistema nervioso.

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El músculo cardiaco sólo se puede encontrar en el corazón. Al igual que el músculo esquelético, se encuentra estriado, pero de manera similar al músculo liso, solamente presenta un núcleo y se encuentra bajo

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CAPÍTULO 5

Tejidos

el control del sistema nervioso autónomo (Figura 5-16). Las células del músculo cardiaco son de forma cilíndrica, con ramificaciones que las conectan con otras células cardiacas. Estas ramificaciones se conectan entre sí a través de áreas especiales llamadas discos intercalados. Estas células son mucho más cortas que las de los músculos esquelético o liso. El músculo cardiaco es el que causa la contracción de nuestro corazón; por lo que también bombea la sangre a través de nuestro cuerpo. Las ramas interconectadas de las células del músculo cardiaco son responsables de coordinar la acción de bombeo del corazón (lo que será discutido con mayor detalle en el Capítulo 14).

TEJIDO NERVIOSO La unidad básica de organización del tejido nervioso es la célula nerviosa o neurona (Figura 5-17). En realidad, la neurona es una célula conductora, mientras que otras células del sistema nervioso, como la neuroglia, son células de soporte. Estos tipos de células nerviosas se discuten con mayor detalle en el Capítulo 10. Las neuronas

Función

Neuronas (células nerviosas) Tienen la capacidad de reaccionar ante los estímulos. 1. Irritabilidad Capacidad del tejido nervioso para responder a cambios ambientales.

son células muy largas, por lo que de igual manera que las células musculares, se denominan fibras nerviosas. Es básicamente imposible ver una neurona completa aún utilizando un objetivo de baja resolución en el microscopio porque son demasiado largas. Sin embargo, podemos ver las diferentes partes de una neurona conforme deslizamos la preparación. El cuerpo celular contiene el núcleo. También posee extensiones celulares parecidas a una raíz llamadas dendritas que reciben los estímulos y los conducen al cuerpo celular. Los axones son extensiones largas y delgadas del cuerpo celular que transmiten el impulso hacia las terminales del axón. El tejido nervioso está constituido por el cerebro, la médula espinal y varios nervios del cuerpo. Es el tejido del cuerpo con mayor organización. Controla y coordina las actividades corporales. Nos permite percibir nuestro medio ambiente y adaptarnos a condiciones cambiantes. Coordina nuestros músculos esqueléticos. Incluye los sentidos especiales como la vista, el gusto, el olfato y la audición. Controla nuestras emociones y nuestra capacidad de razonar. Nos permite aprender a través de la memoria.

Ubicación y características

Morfología

El tejido nervioso se compone de neuronas (las células nerviosas). Las neuronas tienen ramificaciones por medio de las cuales conectan y coordinan las distintas actividades del cuerpo. Se encuentran formando parte del encéfalo, la médula espinal y los nervios.

2. Conductividad Capacidad para transportar los impulsos (mensajes) nerviosos.

(B)

Dendritas Núcleo Vaina de mielina Axón

(A) Cuerpo celular

Ramificaciones de las terminales axónicas Fotografía (B) cortesía de Triarch, Visuals Unlimited, Inc.

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FIGURA 5-17. Vistas de una neurona (neurona motora multipolar).

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CAPÍTULO 5 Tejidos

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CONFORME EL CUERPO ENVEJECE Las células se dividen con mayor velocidad en los individuos jóvenes que en los adultos mayores. Por lo tanto, las lesiones en el adulto sanan mucho más lento, y ocasionalmente no sanan por completo, especialmente cuando se trata del tejido óseo. Se puede notar una disminución en las capacidades atléticas de los individuos a finales de la tercera década de vida y principios de la cuarta. Las células musculares y las neuronas funcionales disminuyen con la edad. La memoria y la capacidad cerebral declinan de manera significativa con la edad. Conforme envejecemos las fibras fuertes de colágena comienzan a tomar una forma irregular, por lo que los ligamentos y tendones se hacen más frágiles y menos flexibles. Las fibras elásticas pierden parte de su elasticidad. Vemos incrementos graduales en las arrugas de la piel gracias a estos cambios en las fibras del tejido conectivo. Por lo tanto, entre más viejos nos hacemos, más tendemos a usar cremas humectantes y cremas cosméticas o lociones que contengan fibra.

Campo

PROFESIONAL

Éstt son algunos campos profesionales disponibles para los individuos interesados Éstos en n el estudio de los tejidos. Requieren entrenamiento en microscopia para analizar las estructuras estr es tr celulares. ● Los histólogos son profesionales médicos especializados en el estudio de la

estructura y función de los tejidos. Pueden obtener empleo en las universidades y centros médicos. ● Los científicos forenses se especializan en el análisis de muestras de tejidos,

buscando pistas que ayuden a resolver crímenes. Son empleados por las agencias policiacas.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. La histología es el estudio de los tejidos. 2. Los cuatro tipos de tejido son epitelial, conectivo, muscular y nervioso.

TEJIDO EPITELIAL 1. El tejido epitelial funciona de cuatro formas: protege los tejidos adyacentes; absorbe nutrientes; secreta hormonas, moco y enzimas; y excreta desechos como la urea a través del sudor. 2. La membrana basal actúa como un ancla y adhesivo para las células epiteliales. 3. El tejido epitelial puede ser clasificado de acuerdo a su forma, arreglo o función. 4. El tejido epitelial se compone de paquetes de células, con muy poco material intercelular.

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Clasificación en base a la forma 1. Las células epiteliales escamosas son planas y tienen una función protectora, como el recubrimiento de la cavidad oral o de nuestra piel. 2. Las células epiteliales cuboidales, como su nombre lo indica, tienen forma cúbica y funcionan en la protección y la secreción. 3. Las células epiteliales columnares son altas y rectangulares. Funcionan en la secreción y en la absorción. Clasificación en base al arreglo 1. El epitelio simple consta de una capa celular de grosor. 2. El epitelio estratificado tiene varias capas de células de grosor. 3. El epitelio pseudoestratificado aparenta tener varias capas celulares de grosor, pero en realidad, es una sola capa en donde todas las células se extienden desde la membrana basal hasta la superficie exterior.

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CAPÍTULO 5

Tejidos

4. El epitelio transicional consiste de varias capas de paquetes de células flexibles. Cuando se estiran parecen lisas; pero cuando se relajan parecen irregulares o dentadas. Clasificación en base a la función 1. La membrana mucosa protege, absorbe nutrientes, secreta enzimas y sales biliares además de producir moco. 2. Las glándulas exocrinas simples, como las glándulas sudoríparas y las sebáceas, tienen ductos individuales sin ramificaciones. 3. Las glándulas exocrinas compuestas poseen varios lóbulos ramificados con conductos ramificados. Los ejemplos de este tipo de glándulas son las glándulas mamarias y las glándulas salivatorias mayores. 4. Las glándulas endocrinas no poseen conductos y secretan hormonas directamente al torrente sanguíneo. 5. El endotelio recubre los vasos linfáticos y sanguíneos. El endotelio del corazón se denomina endocardio. 6. El mesotelio o tejido seroso recubre las grandes cavidades del cuerpo. La pleura recubre la cavidad torácica. El peritoneo recubre la cavidad abdominal. El pericardio cubre el corazón.

TEJIDO CONECTIVO 1. El tejido conectivo se compone de células con una gran cantidad de material intercelular llamado matriz. 2. Las fibras fuertes del colágeno o las fibras flexibles de la elastina, se pueden encontrar embebidas en esta matriz. 3. Los tres subgrupos de tejido conectivo son el tejido conectivo laxo, tejido conectivo denso y tejido conectivo especializado. Tejido conectivo suelto 1. Los tres tipos de tejido conectivo laxo son el areolar, el adiposo y el reticular. 2. El tejido conectivo laxo rellena y penetra en los órganos. 3. El tejido areolar es el más ampliamente distribuido entre los distintos tipos de tejido conectivo laxo. Contiene tres tipos de células: fibroblastos, que crean fibrillas para la reparación de los tejidos; histiocitos o macrófagos, que fagocitan; y mastocitos, que producen el anticoagulante heparina e histamina, una sustancia inflamatoria. 4. El tejido adiposo es tejido conectivo laxo con grasa almacenada en sus células. Protege y aísla. 5. El tejido reticular da forma al hígado, bazo, nódulos linfáticos y médula ósea.

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Tejido conectivo denso 1. El tejido conectivo denso tiene un arreglo regular de fibras embebidas, se encuentra en tendones, ligamentos y aponeurosis. 2. El tejido conectivo denso con un arreglo irregular de fibras embebidas, forma láminas musculares, las cápsulas de las articulaciones y la fascia. Tejido conectivo especializado 1. Las células que forman el cartílago se llaman condrocitos. Los tres tipos de cartílago son hialino, fibrocartílago y elástico. 2. El cartílago hialino se encuentra en los cartílagos costales que unen las costillas con el esternón, en el septo de la nariz y en los anillos que mantienen la tráquea y los bronquios abiertos. 3. El fibrocartílago es muy fuerte; los discos intervertebrales se componen de éste. 4. El cartílago elástico es flexible y se estira con facilidad. Se encuentra en las orejas, la epiglotis y en los tubos auditivos. 5. Los dos tipos de tejido óseo son el tejido compacto o denso y el tejido esponjoso. Las células óseas se llaman osteocitos. Se encuentran embebidas en una matriz de calcio y fósforo, que son las sales minerales responsables de la dureza del hueso. 6. Nuestros dientes se componen de dentina; la corona de nuestros dientes está cubierta por el esmalte. 7. La sangre se compone de una fracción líquida llamada plasma y las células sanguíneas. Las células sanguíneas se forman en la médula ósea roja, un tejido hematopoyético. 8. El tejido linfoide origina las glándulas linfáticas, timo, bazo, amígdalas y adenoides. Este tejido produce las células plasmáticas o linfocitos B que producen los anticuerpos. 9. El sistema reticuloendotelial (RE) participa en la fagocitosis del tejido conectivo. Las células de Kupffer recubren el hígado; las células RE también recubren el bazo y la médula ósea. La palabra macrófago es un término que se utiliza para cualquier célula fagocítica del sistema RE. Las células de la microglia fagocitan en el sistema nervioso; otras células de la neuroglia funcionan como soporte. 10. Las membranas sinoviales recubren las articulaciones y las bursas. Producen el fluido sinovial, que lubrica las articulaciones y nutre al cartílago. Funciones del tejido conectivo 1. Da soporte a otros tejidos. 2. Nutrición: la sangre transporta los alimentos. 3. Transporte: la sangre transporta enzimas y hormonas.

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CAPÍTULO 5 Tejidos

4. Conecta distintos tejidos. 5. Provee movimiento mediante los huesos. 6. Protege órganos vitales (huesos del cráneo y tórax) e inmuniza (tejido linfoide y glóbulos blancos). 7. Aísla y mantiene la temperatura (tejido adiposo). 8. Provee áreas de almacenamiento: el hueso almacena calcio y fósforo, el tejido adiposo almacena grasa. 9. Une y separa otros tejidos del cuerpo.

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*

4. Compara la estructura del tejido epitelial con la del tejido conectivo. * 5. ¿Por qué se dice que el tejido adiposo es un buen aislante? 6. Nombra cinco funciones del tejido conectivo y da ejemplos. 7. Nombra los tres tipos de tejido muscular. 8. Nombra los dos tipos de células nerviosas que componen el tejido nervioso. *

Preguntas de pensamiento crítico

TEJIDO MUSCULAR 1. Los tres tipos de tejido muscular son liso, estriado o esquelético y cardiaco. 2. Gracias a la interacción de dos proteínas, la actina y la miosina, las células musculares se pueden acortar o contraer. Algunas jalan los huesos mediante tendones y llevan a cabo el movimiento. 3. Las células del músculo liso son largas, unicelulares y no se encuentran estriadas. Son involuntarias y están arregladas en dos capas alrededor de órganos vacíos: una capa exterior longitudinal y una capa interior circular. Se encuentran en el tracto digestivo, arterias y venas, y los uréteres del riñón. 4. Las células del músculo esquelético o estriado son largas, multinucleadas y estriadas. Son voluntarias y jalan los huesos, causando el movimiento. 5. Las células de músculo cardiaco sólo se encuentran en el corazón. Están estriadas, son uninucleadas y de forma cilíndrica con ramas que se conectan a ramificaciones de otras células cardiacas mediante discos intercalados. Son las responsables de bombear sangre a través del corazón.

TEJIDO NERVIOSO 1. El tejido nervioso se compone de dos tipos de células nerviosas: las neuronas, que son células conductoras, y la neuroglia, que son células de soporte y protección. 2. Una neurona se compone de un cuerpo celular nucleado, extensiones del cuerpo celular, llamadas dendritas, y un axón largo con terminales axónicas. 3. El tejido nervioso controla y coordina las actividades del cuerpo.

PREGUNTAS DE REPASO 1. Nombra las tres formas de las células que componen el tejido epitelial. 2. Nombra los dos tipos de glándulas exocrinas y da un ejemplo de cada uno. 3. Nombra las cuatro funciones del tejido epitelial.

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COMPLETA LOS ESPACIOS EN BLANCO Completa los espacios en blanco con los términos apropiados. 1. Los tres tipos de tejido conectivo son: ____________________, _____________________ y _____________________. 2. Las _____________________ son las células que forman fibrillas y participan activamente en la reparación de las lesiones. 3. Los _____________________ son células fagocíticas que operan fuera del sistema vascular, generalmente se encuentran fijos en el tejido areolar. 4. Las _____________________ funcionan en la producción de heparina e histamina. 5. El tejido _____________________ es tejido conectivo laxo con células que contienen grasa. 6. Los ejemplos del tejido conectivo denso con un arreglo regular de fibras son _____________________, _____________________, y _____________________. 7. Los ejemplos del tejido conectivo denso que tienen un arreglo irregular de fibras son _____________________, _____________________, _____________________ y _____________________. 8. Los tres tipos de cartílago son _____________________, _____________________ y _____________________. 9. Los dos tipos más comunes de tejido óseo son _____________________ y _____________________. 10. Un diente se compone de _____________________; la corona del diente está cubierta por el _____________________, la sustancia más dura del cuerpo. 11. Las membranas _____________________ recubren las cavidades de las articulaciones de movimiento libre y las bursas. 12. Los dos tipos de fibras proteicas que se pueden encontrar en la matriz del tejido conectivo son _____________________ y _____________________.

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CAPÍTULO 5

Tejidos

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número apropiado en el espacio en blanco indicado. _____ Heparina 1. Células del cartílago _____ Histamina 2. Plaquetas sanguíneas _____ Condrocitos 3. La sustancia más dura _____ Osificación del cuerpo _____ Esmalte 4. Glóbulos blancos _____ Médula 5. Tejido hematopoyético _____ Eritrocitos 6. Anticoagulante _____ Leucocitos 7. Glóbulos rojos _____ Neurona 8. Células adiposas _____ Neuroglia 9. Dan soporte a la neurona 10. Células conductoras 11. Sustancia inflamatoria 12. Formación de hueso

Investiga y explora Investiga en internet los conceptos clave de este capítulo para descubrir información adicional y ejercicios interactivos. Las palabras clave pueden incluir anatomía de una neurona, tejido muscular, tejido epitelial o tejido conectivo.

Conexión con StudyWARE ™ Contesta un cuestionario o realiza un juego de concentración en tu CD-ROM de StudyWARE™.

E JE R CICIO DE L A B O R ATORIO: Material necesario: Un microscopio compuesto y preparaciones microscópicas.

A. TEJIDO EPITELIAL 1. Analiza una preparación de tejido epitelial escamoso estratificado. Estarán disponibles dos preparaciones. Las preparaciones hechas a partir de tejidos internos de humano, como la epiglotis, no tendrán queratina, lo que significa que las células presentarán núcleo. Si la preparación es de piel, las células estarán queratinizadas, y no tendrán núcleo. Observa la Figura 5-1 del texto mientras analizas este tejido. 2. Analiza las preparaciones de epitelio cuboidal simple. Esta preparación estará

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TEJIDOS hecha de un conducto glandular. Observa la Figura 5-2 en el texto mientras analizas la forma cúbica de estas células unidas a la membrana basal. 3. Analiza una preparación de epitelio columnar simple. La mejor preparación de este tipo de tejido proviene del intestino. Observa la Figura 5-3 en el texto mientras analizas la forma rectangular y la altura de estas células. 4. Examina una preparación de epitelio columnar pseudoestratificado y ciliado. Nota que los cilios, en el borde libre de las células, parecen flamas u olas. Observa que cada célula se extiende desde la membrana basal. Observa la Figura 5-4A en el texto.

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CAPÍTULO 5 Tejidos

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TEJIDOS (Continuación)

B. TEJIDO CONECTIVO 1. Examina una preparación de cartílago hialino. Nota que los condrocitos se encuentran en una cavidad o laguna y que la matriz es cristalina. En esta preparación no observarás fibras. Analiza la Figura 5-8 en el texto conforme ves la preparación. 2. Examina una preparación de cartílago elástico. Esta preparación ha sido teñida especialmente para mostrar las fibras de elastina, en forma de huso, embebidas en la matriz que rodea a los condrocitos en la laguna. Cuando veas esta preparación analiza la Figura 5-10 del texto. 3. Analiza una preparación de fibrocartílago. Observa el grosor y las ondulaciones que presentan las fibras de colágena en la matriz. Nota que hay pocos condrocitos en la laguna en comparación con los otros dos tipos de cartílago. Observa la Figura 5-9 cuando veas esta preparación. 4. Observa una preparación de hueso compacto. Analiza la Figura 5-11 del texto al mismo tiempo que observas la preparación. Identifica el canal central rodeado por los anillos del hueso. El canal central contiene un capilar sanguíneo. Los anillos óseos se forman por la matriz mineralizada y se denominan lamelas. Aprecia la laguna con osteocitos. 5. Observa una preparación de sangre de humano teñida con tinción de Wright. Primero analízala a baja resolución. Busca un área donde veas algunas células teñidas en oscuro. Éstas serán leucocitos con el núcleo teñido. Ahora pasa a alta resolución. Serás capaz de identificar muchos eritrocitos sin núcleo y varios leucocitos con su núcleo teñido, éstos generalmente aparecen doblados. También nota los pequeños puntos que

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se ven en el plasma; éstos son trombocitos o plaquetas. Compárala con la Figura 5-12 del texto.

C. TEJIDO MUSCULAR 1. Observa una preparación de músculo liso. Pon atención a la disminución en el tamaño de las células del músculo liso que no tienen estrías transversales. Tambien podrás apreciar que son uninucleadas y que bajo el microscopio parecen como agua fluyendo en un río. Analiza la Figura 5-14 del texto. 2. Analiza una preparación de músculo esquelético. Podrás apreciar que las células son largas, multinucleadas y con estrías transversales visibles. Se ven como polos gruesos bajo el microscopio. Las estrías transversales son bandas alternas de filamentos gruesos de miosina (oscuros) y filamentos delgados de actina (claros). Observa la Figura 5-15 del texto conforme veas este tejido. 3. Analiza una preparación de músculo cardiaco. Analiza la Figura 5-16 del texto. Nota que las células son estriadas y uninucleadas. Las células tienen ramificaciones que parecen divisiones en los polos. Puedes apreciar discos gruesos e intercalados que se conectan con las ramificaciones de las células cardiacas.

D. TEJIDO NERVIOSO 1. Examina una preparación de una neurona multipolar. Esta preparación proviene de la médula espinal de buey. Obsérvala a baja resolución para identificar el cuerpo celular con el núcleo y las extensiones de las dendritas. Observa los axones largos con sus terminaciones axónicas. Analiza la Figura 5-17 del texto.

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El sistema tegumentario OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Nombrar las capas de la epidermis. 2. Definir el término queratinización. 3. Explicar por qué existen distintos colores de piel entre las personas. 4. Describir la anatomía de un cabello. 5. Comparar los tipos de glándulas presentes en la piel basadas en su estructura y secreción. 6. Explicar la importancia de la sudoración en la supervivencia. 7. Explicar cómo la piel ayuda a regular la temperatura corporal. 8. Nombrar las funciones de la piel.

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C O N C E P T O S C L AV E Albinismo Cabello Callo Callosidades Cama de la uña Carcinoma de células basales Carcinoma de células escamosas Cianosis Corium Corteza Cuerpo de la uña Cutícula Dermis Desmosomas Eje

Epidermis Estrato basal Estrato córneo Estrato espinoso Estrato germinativo Estrato granuloso Estrato lúcido Estratos Folículo piloso Glándulas sebáceas Glándulas sudoríparas Hipodermis Lúnula Médula Melanina

INTRODUCCIÓN El sistema tegumentario o integumentario está conformado por la piel y sus apéndices. Ver Mapa Conceptual 6-1: Sistema tegumentario. Los apéndices o modificaciones de la piel incluyen el pelo, las uñas, las glándulas sebáceas, ceruminosas y sudoríparas. La palabra tegumento significa cubierta o envoltura. La piel de una persona adulta cubre aproximadamente de 1.5 a 2.0 metros cuadrados de la superficie del cuerpo. La piel pesa alrededor de 2.7 kg (casi el doble del peso del cerebro o del hígado) y recibe aproximadamente un tercio de toda la sangre que circula en nuestro cuerpo. Es flexible pero a la vez rugosa y bajo condiciones normales es capaz de reparar y regenerarse por sí misma. Casi toda nuestra piel es resistente al agua. Nos protege de la dañina luz ultravioleta emitida por los rayos solares gracias a la presencia

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Melanocitos Melanoma maligno Músculo erector del pelo Porción papilar Porción reticular Quemadura de grosor completo Quemadura de grosor parcial Quemaduras de primer grado Quemaduras de segundo grado Quemaduras de tercer grado Queratina Queratinización Raíz Raíz de la uña Sebo

de células pigmentadas. Es una barrera efectiva que nos protege de las sustancias químicas más dañinas evitando que entren a nuestro ambiente interno. Participa en la disipación de agua durante la sudoración, con lo que ayuda a regular nuestra temperatura corporal.

LAS CAPAS DE LA PIEL Nuestra piel consiste de dos capas principales (Figura 6-1). La epidermis es una capa de tejido epitelial que a su vez puede dividirse en subcapas. Se localiza por encima de la segunda capa, conocida como dermis. Ésta es una capa densa de tejido conectivo que conecta la piel con los tejidos que se encuentran por debajo de ella, como la grasa y el músculo. Por debajo de la dermis se localiza la capa subcutánea, con frecuencia denominada hipodermis. 115

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

Sistema tegumentario

posee una

desarrolla una

Estructura específica

Función específica

permite

incluye

Glándulas sebáceas

Pelo

Uñas

incluye

Glándulas Glándulas sudoríparas ceruminosas

suaviza el

secreta

Piel

Receptores sensoriales

Recepción sensorial

para

secreta incluye

secreta

Regulación de la temperatura

necesaria involucra para

Protección

Excreción

en contra de incluye

yace sobre

Sebo

Sudor

Cerumen

Epidermis con queratina, melanina

Dermis con vasos sanguíneos

Capa subcutánea con grasa

VasoAislamiento constricción y dilatación

Enfriamiento mediante evaporación

Rayos UV y microorganismos

para

para

para

para

para para

MAPA CONCEPTUAL 6-1. Sistema tegumentario. Ésta es la primera introducción de un mapa conceptual. Cada sistema del

cuerpo tendrá un mapa conceptual que esquematizará la relación entre las diversas estructuras del sistema y cómo estas estructuras permiten al sistema desempeñar sus funciones. Un mapa conceptual es básicamente un esquema que permite visualizar los principales temas de un capítulo en una sola página, de esta manera, el lector cuenta con un panorama general de éstos. El mapa conceptual divide un tema en sus componentes principales. En primer lugar, el sistema del cuerpo se divide por líneas de conexión en sus estructuras y funciones. Entonces, cada uno de estos dos grandes temas se subdividen en componentes más pequeños. La conexión de las líneas o flechas se usan para unir las divisiones relacionadas con el propósito de mostrar las relaciones. De vez en cuando, una breve descripción o una palabra pueden usarse junto con las líneas de conexión para reforzar la explicación de la relación. Dedica unos minutos a examinar el mapa conceptual antes de continuar tu lectura por el capítulo. Además te ayudará a preparar el terreno para lo que estés por leer. Al estudiar la información del capítulo, recurre al mapa conceptual, el cual te ayudará a recordar lo que has leído.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

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Eje del pelo Poro Papila Epidermis Capilar Conducto de la glándula sudorípara Dermis Glándula sebácea Fibra nerviosa Capa subcutánea (hipodermis)

Glándula sudorípara

Célula adiposa

© Delmar/Cengage Learning

Vaso sanguíneo

FIGURA 6-1. Las capas de la piel y algunos de sus apéndices.

Conexión con StudyWARE ™ Observa una animación relacionada con la piel en tu CD-ROM de StudyWARE™.

La epidermis La epidermis o capa más externa de la piel está compuesta de células epiteliales queratinizadas (carecen de núcleos) estratificadas y escamosas. Estas células se mantienen juntas gracias a conexiones cerradas altamente convolucionadas llamados desmosomas. Estos desmosomas son responsables de la estructura continua y flexible de la piel. El grosor de la epidermis es mayor donde recibe una mayor cantidad de abrasión y peso –en las palmas de las manos y en las plantas de los pies–; y es mucho más delgada en la superficie ventral del tronco.

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La epidermis, que carece de vascularización, yace sobre una membrana de tejido conectivo. Las células más basales de esta membrana se dividen por mitosis, de manera que las células nuevas empujan a las más viejas hacia la superficie. A medida que se desplazan hacia arriba, su forma y composición química cambia debido a que pierden su contenido de agua y eventualmente mueren. Este proceso se conoce como queratinización debido que las células se comienzan a llenar de la proteína queratina. Estas células externas muertas, se descaman constantemente. La capa externa forma una barrera efectiva contra sustancias que pudieran penetrar la piel y es muy resistente a la abrasión. El proceso de queratinización produce capas distintivas de la epidermis llamadas estratos (Figura 6-2). De la porción más externa hacia la más interna podemos enumerar cinco capas. El estrato córneo, comúnmente llamada capa callosa; el estrato lúcido, comúnmente denominado la capa clara; el estrato granuloso, que en general se conoce como la capa granular; y el estrato espinoso, que regularmente recibe el nombre de capa espinosa. La capa más interna e importante, es el estrato germinativo (o capa regenerativa) también conocida como estrato basal.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

Estrato córneo

Estrato lúcido Estrato granuloso Epidermis

Estrato espinoso

Estrato germinativo

Capa papilar

Capa reticular

© Delmar/Cengage Learning

Dermis

FIGURA 6-2. Epidermis y dermis.

El estrato córneo Constituye la capa más externa de la epidermis. Consiste de células muertas que se convirtieron en proteína. Se les denomina células queratinizadas debido a que han perdido la mayor parte de su contenido líquido. Los organelos de la célula se han convertido en masas de queratina que es una proteína muy dura, y la cual le da a esta capa su fuerza estructural. Estas células también están cubiertas y rodeadas de lípidos para prevenir el paso de los líquidos. Ellas están constituidas únicamente por 20% de agua en comparación con las células de la capa más interna que contienen cerca de 70%. Pueden consistir de hasta 25 capas. En el momento en que las células alcanzan esta capa, los desmosomas ya se rompieron y por lo tanto, estas células se descaman constantemente. La descamación de las células del cuero cabelludo se conoce como caspa.

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Esta capa también cumple el papel de barrera física contra las ondas luminosas y de calor, microorganismos (ej., bacterias, hongos, protozoarios y virus) y la mayoría de las sustancias químicas. El grosor de esta capa está determinado por la cantidad de estimulación y abrasión ejercida sobre la superficie, así como por la cantidad de peso que carga; a esto se debe el engrosamiento de la palma de las manos y de los pies. Cuando la piel se encuentra bajo una constante abrasión o fricción, desarrollará un área engrosada conocida como callo. Los estudiantes que escriben en exceso desarrollarán pequeños callos en los dedos con los que sostienen el lápiz. De igual manera pueden aparecer callosidades en los dedos del pie o en las estructuras prominentes del pie.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

El estrato lúcido El estrato lúcido yace exactamente por debajo del estrato córneo pero es difícil de observar en el tipo de piel muy delgada. Su grosor es de una o dos células y éstas son planas y transparentes.

El estrato granuloso El estrato granuloso consiste de dos o tres capas de células aplanadas. Debido a que estas células tienden a acumular gránulos, se le denominó capa granular; estos gránulos no están relacionados de ninguna manera con el color de la piel. En esta capa, las células pierden su núcleo y se vuelven quebradizas. Es una capa activa en el proceso de queratinización. En esta capa las células pierden su núcleo y se ponen quebradizas y compactas.

El estrato espinoso El estrato espinoso consiste de varias capas de células poliédricas con forma de espinas. En este estrato, los desmosomas siguen presentes. El contorno generado por la forma poliédrica de las células provoca que tenga una apariencia espinosa. En ciertas clasificaciones, esta capa forma parte del estrato germinal.

El estrato germinativo El estrato germinativo es la capa de la piel más profunda e importante puesto que contiene las únicas células de la epidermis capaces de dividirse por mitosis. Cuando se forman nuevas células, éstas sufren cambios morfológicos y nucleares a medida que son empujadas hacia arriba por las células en división que se encuentran por debajo de ellas. De esta manera, originan las capas superiores de la epidermis que se regenerará a sí misma siempre y cuando el estrato germinal permanezca intacto. Su capa basal, denominada estrato basal, yace sobre la membrana basal.

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El estrato germinal también contiene las células denominadas melanocitos, que son los responsables del color de la piel. Los melanocitos son de forma irregular con apéndices largos que se extienden entre las otras células epiteliales de esta misma capa. Producen un pigmento llamado melanina la cual es responsable de las variaciones en la pigmentación de la piel. Los individuos

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de cualquier raza poseen el mismo número de melanocitos, pero las distintas razas portan genes específicos que determinan la cantidad de melanina producida por los melanocitos. Los melanocitos de los individuos de tez más oscura son más activos y producen una mayor cantidad de melanina. Con la exposición a la luz del sol, estas células se activan para producir melanina. La piel de cualquier persona (de cualquier raza) se oscurece después de una exposición prolongada a la luz solar; a este oscurecimiento de la piel se le llama bronceado. Con base en descubrimientos e investigaciones antropológicas realizadas por la familia Leakey en Olduvai Gorge, Tanzania, los científicos proponen que los humanos evolucionamos en África. Probablemente los primeros humanoides eran de piel muy oscura para protegerse del daño de los rayos ultravioleta; ellos poseían melanocitos muy activos como los africanos de hoy en día. Con el paso del tiempo, algunos humanos migraron lejos del ecuador y fijaron ciertas mutaciones y recombinaciones genéticas involucradas en la actividad de los melanocitos; de esta manera, después de muy largos periodos evolucionaron las distintas razas, cuyas variaciones en el color de la piel determinaron la cantidad de melanina producida y su distribución. El factor que más contribuye al incremento en la pigmentación de la piel es el efecto estimulador del sol sobre los melanocitos. La melanina se une a ciertas proteínas para formar un compuesto resistente; es por ello que la piel con una pigmentación más oscura sea más resistente a la irritación provocada por fuentes externas. Aquellas personas que viven cerca al ecuador tendrán tez más oscura que aquellas que habitan en las regiones al norte como Noruega, Suecia, Finlandia y Dinamarca. Esta variación en el contenido de melanina es el principal factor responsable de las diferencias de color entre razas. Los individuos con piel oscura tienen melanocitos más activos que aquellas personas de piel clara. Ciertas áreas del cuerpo pueden tener una mayor cantidad de melanina, tal como los pezones, las pecas y lunares, al igual que algunas otras presentan menor cantidad, como las palmas de las manos y las plantas de los pies. A pesar de que son varios genes los que determinan el color de la piel, una sola mutación puede causar la falta de color en la piel debido a que se inhibe la producción de melanina. Esta condición se conoce como albinismo y es producida por un gen recesivo que causa la ausencia de melanina. Las personas albinas no tienen pigmento en su piel ni en sus apéndices, su cabello es de color blanco, sus ojos de color rosa y su piel es extremadamente delicada. Estos individuos deben de ser muy cuidadosos y evitar la exposición al sol.

La dermis La dermis también recibe el nombre de corium; yace por debajo de la epidermis y a menudo se hace referencia a ella como la verdadera piel. Está compuesta por tejido conectivo denso, fibras blancas y fuertes de colágeno y

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

QUEMADURAS

Las quemaduras pueden clasificarse en tres grandes categorías: quemaduras de primer, segundo y tercer grados. Las quemaduras de primer y segundo grados pueden clasificarse como quemaduras de grosor parcial. Estas quemaduras no destruyen por completo la capa basal del estrato germinal y la regeneración de la epidermis ocurrirá, tanto a partir de los bordes de la herida como a partir de ella. Las quemaduras de primer grado involucran a la epidermis (Figura 6-3A). Pueden ser el resultado del contacto de la piel con objetos muy fríos o muy calientes. También pueden ser resultado de una exposición prolongada a los rayos del sol. Siempre debe usarse bloqueador solar para evitar este tipo de quemaduras. Los síntomas de las quemaduras de primer grado son el enrojecimiento de la piel y dolor. También puede producirse una ligera hinchazón o edema. Estas quemaduras pueden sanar en un periodo de siete días y no dejan cicatriz. Las quemaduras de segundo grado involucran tanto a la epidermis como a la dermis (Figura 6-3B). Con una participación mínima de la dermis, los síntomas incluirán enrojecimiento, dolor, hinchazón y la formación de ámpulas. La sanación de estas heridas puede tomar hasta dos semanas y no dejan cicatriz. Si la dermis se afecta de manera significativa, la quemadura puede tomar varios meses en sanar y la herida aparecerá de color blanco. Puede desarrollarse una cicatriz. En quemaduras de tercer grado, también llamadas quemaduras de grosor completo, la epidermis y la dermis se destruyen por completo (Figura 6-3C). La recuperación sólo puede ocurrir a partir del borde de la herida. Curiosamente, las quemaduras de tercer grado normalmente no causan dolor ya que los receptores sensoriales de la piel se destruyen. Por lo general el dolor proviene del área que rodea la quemadura de tercer grado, donde las de primer y segundo grados la rodean. Las quemaduras de tercer grado por lo general requieren de injertos de piel ya que tardan un largo periodo en sanar y tienden a formar un tejido desfigurado. Los injertos evitan estas complicaciones y acelerarán la recuperación. Los injertos de piel se preparan de la epidermis y la dermis de otra parte del cuerpo, por lo general de los glúteos y de los muslos, y posteriormente son colocados sobre la quemadura. El tejido intersticial de la quemadura ayuda a sanar el área.

amarillas de elastina. La dermis está embebida por vasos sanguíneos, nervios, vasos linfáticos, músculo liso, glándulas sudoríparas, folículos pilosos y glándulas sebáceas. La dermis puede dividirse en dos porciones (Figura 6-2). La porción papilar es el área adyacente a la epidermis, y la porción reticular se encuentra entre la porción papilar y el tejido graso subcutáneo localizado por debajo de ella. Una capa delgada de tejido areolar, que generalmente contiene grasa (tejido adiposo), se conoce como el tejido subcutáneo o fascia superficial y ancla a la dermis con estructuras subyacentes como el músculo o el hueso. A menudo nos referimos al tejido subcutáneo como la hipodermis. En esta área es donde se aplican las inyecciones hipodérmicas. El tono de color rosa de las personas de piel delgada se debe a la presencia de vasos sanguíneos en la dermis; la epidermis carece de ellos. Cuando un individuo se ruboriza, los vasos sanguíneos de la dermis se dilatan, causando el enrojecimiento del área facial. Cuando un individuo de piel delgada se sofoca o ahoga, el dióxido de carbono presente en la sangre provoca que la sangre tome un tono azulado; esto resulta en la coloración azulada de la piel o cianosis causada por la falta de oxígeno en la sangre. Por otro lado, cuando un individuo de piel oscura se sofoca o ahoga, ocurre la misma condición pero se produce un tono grisáceo o cenizo en su piel.

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LAS ESTRUCTURAS ACCESORIAS DE LA PIEL Las estructuras asociadas a la piel incluyen el cabello, uñas, glándulas sebáceas, glándulas ceruminosas en el conducto auditivo externo y las glándulas sudoríparas.

Pelo (o cabello) La presencia de pelo, además de las glándulas mamarias, es una característica principal de todos los mamíferos. Cuando el pelo es muy espeso y cubre la mayor parte de la superficie del cuerpo, como la de un perro o un gato, se le llama forro o pelaje. Incluso en los seres humanos, el pelo cubre todo el cuerpo excepto las palmas de las manos, las plantas de los pies, y ciertas partes de los genitales externos (por ejemplo, la cabeza del pene). En algunas partes del cuerpo, el pelo es tan pequeño que parece invisible, sin embargo, en otros lugares es muy evidente como en la cabeza, las axilas y alrededor de los genitales. La cantidad de pelo que una persona desarrolla está relacionada con factores genéticos complejos.

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Epidermis

Dermis

(A) Piel enrojecida y seca Primer grado

Primer grado, superficial

(B) Presencia de ámpulas, piel rosa o roja Segundo grado

Segundo grado, grosor parcial

(C) Piel carbonizada, piel negra, café y roja Tercer grado

Tercer grado, de grosor completo.

Fotografía cortesía de The Phoneix Society for Burn Surviors, Inc.

Grasa subcutánea, músculo

FIGURA 6-3. Las quemaduras son generalmente referidas como de (A) primer, (B) segundo, o (C) tercer grados.

Cada cabello individual se compone de tres partes (Figura 6-4): la cutícula, la corteza y la médula. La parte más externa es la cutícula, que consiste en varias capas de células superpuestas en forma de escama. La corteza es la porción principal del pelo, sus células son alargadas y se unen para formar fibras aplanadas. En las personas con cabello oscuro, estas fibras contienen gránulos de pigmento. La parte media o central del pelo se conoce como médula. Está compuesta de células con muchas caras. Éstas, con frecuencia presentan burbujas de aire. Existen otras estructuras que forman parte de la anatomía de un cabello. El eje es la parte visible del pelo. La raíz se encuentra embebida en un tubo de epidermis llamada folículo piloso. El folículo está compuesto de

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una vaina de tejido conectivo externa y una membrana epitelial interna que se continúa con el estrato germinativo. Unido al folículo piloso, se encuentra un conjunto de fibras de músculo liso que forman el músculo erector del pelo, responsable de crear la apariencia de la carne de gallina en la piel cuando nos asustamos o tenemos un escalofrío. El músculo es involuntario y cuando se contrae tira del folículo piloso, haciendo que el cabello se “erice”. Nos percatamos de la apariencia de la carne de gallina cuando el cabello es escaso. Cuando los perros o gatos enfurecen, los pelos de la parte dorsal de su cuello se erizan; de igual manera, esto es resultado de la contracción de estos músculos erectores.

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(A)

(B)

Epidermis

Eje del pelo

Cutícula de la capa Capa interna de la raíz interna Capa granular de la raíz Capa pálida

Médula Raíz del pelo

Corteza

Médula Corteza Raíz del pelo Cutícula (del pelo)

Pelo

Bulbo piloso (base de la raíz del cabello)

Músculo erector del pelo Glándula sebácea Capa dérmica de la raíz Capa externa del epitelio de la raíz

Arteria Vena

Capa interna del epitelio de la raíz Matriz

Grasa

Papilas dérmicas

Capa externa de la raíz

Papila del pelo en la raíz

Folículo piloso

Vasos sanguíneos

Matriz

© Delmar/Cengage Learning

Dermis

Cutícula

FIGURA 6-4. La anatomía de un cabello.

Crecimiento del pelo El crecimiento del pelo es similar al crecimiento de la epidermis. Ten en cuenta que el folículo del pelo es una involución de la epidermis. Las capas de células más profundas en la base del folículo del pelo son responsables de la producción de nuevas células mediante mitosis. Las células epiteliales de los folículos del cabello se dividen por mitosis y son empujadas hacia arriba a causa de la membrana basal. A medida que éstas se desplazan hacia arriba, se queratinizan y forman las capas del eje del cabello. El crecimiento de éste comienza en el bulbo piloso. Los vasos sanguíneos en el bulbo piloso proporcionan el alimento para producir el pelo. Éste crece en ciclos, y su duración depende del cabello. Una cabellera crece durante tres años y detiene su crecimiento por uno o dos años. La caída del cabello significa que el pelo está siendo reemplazado a medida que el pelo viejo se cae del folículo cuando un nuevo cabello comienza a formarse. Algunas personas, especialmente hombres, tienen una predisposición genética a lo que se denomina patrón de calvicie. Ellos sufren una pérdida permanente de pelo debido a que los folículos de su cabello también se pierden. Esto ocurre porque las hormonas sexuales masculinas afectan los folículos del pelo de los hombres provocando la calvicie.

Textura del pelo Clasificamos la textura del cabello como liso, ondulado o rizado. Esto se debe a factores genéticos que controlan la naturaleza de la queratina del cabello. La queratina de

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la corteza del cabello se polimeriza y se une en una configuración química determinada llamada alfa queratina, haciendo a las fibras elásticas. La cadena de alfa queratina en algunas personas produce el pelo liso, ondulado en otras, y con rizos más compactos en otras. Cuando se estira, la cadena de queratina adquiere una forma más lineal llamada beta queratina. A menos que el pelo se distienda o altere mediante agentes químicos, regresará inmediatamente a su configuración alfa habitual. Cuando nos bañamos, el cabello puede medir más de su longitud normal debido al peso del agua. Esto es posible debido a que la queratina de la proteína puede estirarse fácilmente en la dirección del eje longitudinal de las cadenas moleculares de aminoácidos. Los permanentes actúan sobre este principio y la gente puede cambiar la textura de su pelo acudiendo a un salón de belleza para recibir este tratamiento. El estilista estirará y moldeará el cabello para producir formas nuevas: tubos grandes para el pelo recto, pequeños y apretados para el pelo rizado. A continuación, un producto químico reductor se coloca en el pelo para romper los puentes disulfuro de la cadena de alfa queratina. Posteriormente, un nuevo producto químico oxidante se coloca en el pelo para restablecer la estabilización de nuevos enlaces cruzados en la actual posición de la cadena beta. Recuerda que los productos químicos sólo afectan a la parte visible del pelo o eje. Las nuevas células que crecen en el bulbo piloso no tendrán la nueva textura del permanente, y eventualmente el nuevo estilo se perderá. Se necesitará otra visita al salón de belleza para mantener la forma deseada del cabello.

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Color de pelo El color del pelo también está determinado por factores genéticos complejos. Por ejemplo, el cabello de algunas personas se vuelve gris en su juventud, mientras que otros encanecen alrededor de los 40, 50, o incluso tan tarde como a los 60 años. Sabemos que las canas se producen cuando el pigmento está ausente en la corteza del cabello. Las canas resultan tanto por la ausencia de pigmento en la corteza como por la formación de burbujas de aire en el eje. Factores hereditarios desconocidos determinan el encanecimiento del cabello. Un interesante proyecto de investigación se hizo con los gatos de pelo negro y gris. El pelo de un gato negro se volvió gris cuando su dieta era deficiente en ácido pantoténico (un aminoácido). La restauración de esta sustancia a su dieta convirtió el pelo gris a negro. Por desgracia, esto sólo funciona con los gatos. Así que la industria de coloración del cabello sigue siendo segura. El tener grandes emociones, como estar en un accidente grave de automóvil o de avión, puede hacer que el pelo de las personas cambie de color y se torne gris o blanco. Esto ocurre en raras ocasiones. Desconocemos los procesos fisiológicos que hacen que esto ocurra. Las estructuras asociadas a la piel incluyen el pelo, glándulas sebáceas, glándulas ceruminosas presentes en el canal auditivo, así como glándulas sudoríparas.

Uñas Los humanos tenemos uñas en la punta de los dedos de las manos y de los pies (Figura 6-5). Algunos otros animales presentan garras (pájaros, reptiles, gatos y perros) o pezuñas (caballos, vacas, venados y alces). La uña es una modificación de células epidérmicas callosas compuestas de queratina. El aire mezclado con la matriz de queratina, constituye la porción blanca en forma de luna creciente ubicada al final de cada uña y es conocida como lúnula, al igual que la parte blanca del extremo libre de cada uña. La lúnula varía de persona a persona y de uña a uña dependiendo de factores genéticos. El cuerpo de la uña es la porción visible de la uña. La raíz de la uña es la porción adherida a la cama de la uña a partir de la cual ésta crece aproximadamente 1 mm por semana, a menos que

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se presente una enfermedad que evite su crecimiento. La cutícula es el estrato córneo que se extiende hacia la parte externa sobre el extremo proximal del cuerpo de la uña. La uñas de nuestras manos crecen más rápido que las de nuestros pies. La regeneración de una uña que se ha perdido puede tomar de 3½ a 5½ meses. La regeneración de una uña del pie puede tomar entre 6 a 8 meses, siempre y cuando ésta permanezca intacta. A medida que envejecemos, la tasa de crecimiento de nuestras uñas disminuye.

Glándulas sebáceas Las glándulas sebáceas (Figura 6-1) se desarrollan a lo largo de las paredes de los folículos pilosos y producen el sebo. Se trata de una sustancia aceitosa que lubrica la superficie de nuestra piel, dándole un aspecto brillante. Las secreciones sebáceas están formadas por células que contienen todo el sebo. A medida que las células se desintegran, el sebo se mueve a lo largo del eje del pelo a la superficie de la piel donde se produce el brillo estético. Cepillar el cabello provoca que el sebo cubra el eje de nuestro cabello, haciendo que el pelo tenga un aspecto brillante. Recuerda lo bien que se ve tu perro o gato después de un buen cepillado. La secreción sebácea se encuentra bajo el control del sistema endocrino. Aumenta en la pubertad, lo que resulta en problemas de acné en los adolescentes y disminuye en la edad adulta, lo que resulta en problemas de piel seca. También aumenta al final del embarazo.

Las glándulas sudoríparas Las glándulas sudoríparas (Figura 6-1) son glándulas tubulares simples que se encuentran en la mayoría de las estructuras del cuerpo. Sin embargo, no se encuentran en los márgenes de los labios o la cabeza del pene. Son más numerosas en las palmas de nuestras manos y en las plantas de los pies. Se ha calculado que existen alrededor de 3000 glándulas sudoríparas por pulgada cuadrada en las palmas de nuestras manos. Cuando nos ponemos nerviosos, nuestras manos son las primeras zonas que sudan de nuestro cuerpo.

Matriz de la uña (segmento de la cama de la uña)

Eponiquio (cutícula)

Cama de la uña

Uña

Extremo libre Uña Extremo libre de la uña

Lúnula

© Delmar/Cengage Learning

Estrato granuloso

Eponiquio (cutícula)

Estrato córneo Estrato espinoso (A)

(B)

FIGURA 6-5. La anatomía de una uña. (A) Vista posterior de un dedo y de (B) una uña, así como de sus estructuras subyacentes.

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ALERTA SANITARIA

PRESENCIA DE ACNÉ EN LOS ADOLESCENTES

Durante la pubertad las glándulas sebáceas segregan una cantidad excesiva de sebo. El conducto de la glándula puede obstruirse con esta sustancia aceitosa. Debido a la gran cantidad que está siendo secretada, ésta no puede salir hacia la superficie de la piel. El aceite graso se oxida en presencia de aire y se decolora, produciendo un “punto negro”. El sebo retenido en la glándula puede proporcionar un medio de cultivo para las bacterias productoras de pus. Si la obstrucción es cercana a la superficie de la piel, esto se traduce en un “barro”. Si la obstrucción es profunda en la glándula a lo largo del eje del pelo, el resultado es un absceso. Se debe acudir a un médico para que pueda drenar el exceso de líquido y la infección bacteriana. Para evitar los puntos negros y espinillas, los adolescentes deben lavarse la cara diariamente. Se puede utilizar alcoholes como astringentes para secar la superficie de la piel, dependiendo del tipo de ésta.

Cada glándula sudorípara consiste en una porción secretora y un conducto excretor. La porción secretora se encuentra en la profundidad de la dermis y de vez en cuando en el tejido subcutáneo, es un tubo ciego trenzado y enrollado sobre sí mismo. Un tubo ciego es aquel que tiene una sola abertura, en este caso, en la parte superior. De la porción secretora en espiral que produce el sudor, el conducto excretor sube en espiral hacia la epidermis a través de la dermis y, finalmente, se abre en la superficie de la piel. El tipo más común y numeroso de glándula sudorípara es aquella denominada ecrina. Otro grupo más reducido de glándulas sudoríparas son las apocrinas. Éstas se encuentran únicamente en las axilas, en el escroto de los varones, en los labios mayores de las mujeres y alrededor del ano. No participan en la regulación de la temperatura corporal. Por lo general, se abren en los folículos pilosos por encima de las glándulas sebáceas. Se activan en la pubertad y contribuyen al desarrollo del olor corporal. El sudor contiene los mismos materiales inorgánicos que la sangre pero en una concentración mucho más baja. El cloruro de sodio es el componente principal y es la razón por la cual el sudor tiene un sabor salado. Sus componentes orgánicos son la urea, ácido úrico, aminoácidos, amoniaco, azúcar, ácido láctico y ácido ascórbico. El sudor en sí es prácticamente inodoro. Esto puede sorprender, porque muchos de nosotros hemos estado en el vestuario de un gimnasio. En realidad, el olor se produce por la acción de las bacterias que se alimentan del sudor. ¿Recuerdas la última vez que hiciste algo de ejercicio extenuante? Sudaste, pero no había ningún olor durante los primeros 10 o 15 minutos. Después de ese tiempo, el olor se fue desarrollando, ya que en ese tiempo, la población bacteriana creció sobre el sudor y produjo mal olor. La sudoración es también un proceso fisiológico importante que enfría el cuerpo. Conduce a la pérdida de calor en el cuerpo, ya que se requiere calor para evaporar el agua contenida en el sudor. Por lo tanto, la sudora-

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ción ayuda a disminuir la temperatura corporal. Algunas personas nacen sin glándulas sudoríparas, debido a una ausencia congénita de las mismas. Estas personas pueden morir de un golpe de calor si se exponen a altas temperaturas, incluso aunque sólo sea por un breve periodo. Otras personas presentan glándulas sudoríparas hiperactivas y deben utilizar desodorantes y antitranspirantes más fuertes. La presencia de pelo en las axilas, provoca que el sudor se acumule. Debido a que nuestras axilas suelen estar cubiertas mientras que nuestros brazos se encuentran en posición de descanso, el entorno es ideal para que las bacterias se alimenten del sudor, y de allí la necesidad de usar desodorantes.

Conexión con StudyWARE ™ Practica un juego interactivo relacionando las capas de la piel con algunos de sus apéndices en tu CD-ROM de StudyWARE™.

FUNCIONES DEL SISTEMA TEGUMENTARIO La piel participa en la sensibilidad, la protección, la termorregulación y la secreción.

Sensación Los sitios receptores en la piel detectan cambios de temperatura y presión en el ambiente externo. Están en contacto con las neuronas sensoriales que transmiten el impulso hacia el cerebro y la médula espinal para su

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CONFORME EL CUERPO ENVEJECE A medida que envejecemos, se producen muchos cambios visibles en la piel, tales como “patas de gallo” alrededor de los ojos y de la boca. Una disminución en las secreciones de sebo da como resultado una piel más seca. Escuchamos y vemos los anuncios de cremas hidratantes de la piel, una gran fuente de ingresos para la industria cosmética. La pérdida de fibras de colágeno y de elastina en la dermis produce la flacidez de la piel y la formación de arrugas. El flujo de sangre a la piel disminuye con la edad, y la piel se vuelve más delgada y se torna más transparente. El número de melanocitos disminuye en ciertas áreas, causando el oscurecimiento de otras denominadas manchas de la edad o manchas del hígado. La falta de melanina también es causada por el envejecimiento; la producción de pelo blanco avanza con la edad. A medida que envejecemos, el cabello no crece de forma periódica sobre nuestras cabezas como lo hizo en nuestra juventud, y el pelo de muchas personas, tanto de mujeres como de hombres, adelgaza o inclusive se pierde. Esto también está relacionado con factores genéticos. Algunos individuos experimentan la calvicie a los 20 años, mientras que otros mantienen la cabeza con mucho cabello a los 70 años. Las uñas, especialmente las uñas de los dedos de las manos, pueden llegar a ser frágiles y romperse con facilidad, mientras que las uñas de los pies pueden ser susceptibles a las infecciones por hongos, decolorarse y volverse más gruesas de lo normal. Los adultos mayores pueden llegar a ser sensibles al frío a causa de una baja circulación sanguínea y un menor número de depósitos de grasa debajo de la piel, la cual aísla la capa subcutánea. Además, debido a que la piel no es capaz de repararse y automantenerse tan fácilmente como lo hizo en la juventud, los adultos mayores son más propensos a desarrollar infecciones de ésta. La secreción de sebo por las glándulas sebáceas disminuye con la edad, dando lugar a una piel seca y por lo tanto a la necesidad de usar cremas hidratantes para la piel. Durante los meses de invierno en los lugares de clima templado, esta condición es aún más exagerada por los vientos secos, que causan su agrietamiento, abriendo pequeñas y dolorosas heridas alrededor de las puntas de los dedos. Durante estos periodos, la aplicación diaria de cremas hidratantes para las manos es especialmente útil.

interpretación (Capítulos 10 y 11). Los receptores de temperatura producen las sensaciones de calor y frío. Los sitios de presión del receptor nos permiten interpretar la presión excesiva que se traduce en la sensación de dolor como cuando recibimos un pellizco. También detecta la presión suave que da lugar a la sensación de placer como de un masaje suave o una caricia. Las combinaciones de diferentes grados de estos estímulos en los sitios receptores producen otras sensaciones que llamamos ardor, picazón o cosquilleo. Estos receptores permiten reaccionar a los estímulos externos e interpretar lo que está ocurriendo en el mundo exterior.

Protección La piel es un revestimiento elástico resistente, que impide el paso de agentes físicos y químicos dañinos. La melanina producida por los melanocitos en el estrato germinativo oscurece la piel y nos protege del daño de los rayos ultravioleta. La mayoría de los productos químicos no pueden entrar en el cuerpo a través de la piel, pero los productos químicos secretados por la hiedra venenosa

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y el roble venenoso sí lo pueden hacer. Otros productos químicos solubles en grasa como el DDT, pesticida de hidrocarburos clorados, también puede atravesar la piel. Si colocas tu mano dentro de una lata de gasolina, no te intoxicas. Sin embargo, si la colocas dentro de un recipiente de DDT, puedes intoxicarte. Las personas que trabajan con ciertos insecticidas deben utilizar ropa protectora para evitar la penetración de estos productos químicos a través de su piel. El contenido de lípidos de la piel impide la pérdida excesiva de agua y electrolitos a través de la piel. La piel normal es impermeable al agua, a los carbohidratos, las grasas y a las proteínas. Sin embargo, todos los gases así como determinadas sustancias volátiles pasarán a través de la epidermis como los plaguicidas orgánicos que acabamos de mencionar. Las numerosas aberturas alrededor de los folículos pilosos pueden actuar como canales para la absorción de estos materiales. La piel también tiene un “manto ácido”. Esta acidez mata a la mayoría de las bacterias y otros microorganismos que entran en contacto con nuestra piel. Los jabones y champús a menudo se identifican por tener

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

CÁNCER DE PIEL

Cortesía de Robert A. Silverman, MD, Pediatric Dermotology, Georgetown University

Cortesía de Robert A. Silverman, MD, Pediatric Dermotology, Georgetown University

El cáncer de piel generalmente se desarrolla debido a la exposición excesiva a los rayos ultravioleta del sol, razón por la cual los protectores solares con un FPS de 15 o más, deben utilizarse cuando se realizan actividades al aire libre, o cuando nuestra ocupación requiere de realizar trabajo al aire libre. Las áreas más comunes donde se desarrolla el cáncer de piel son la cara, el cuello y las manos. Hay tres tipos de cáncer de piel, dos de los cuales pueden ser letales. El tipo más común es el carcinoma de células basales. Este tipo de cáncer produce una úlcera abierta y puede tratarse con radioterapia o resección quirúrgica; rara vez se propaga. El primer tipo de cáncer de piel peligroso es el carcinoma de células escamosas, que produce un tumor nodular altamente queratinizado en la epidermis (Figura 6-6). Si no se trata puede propagarse a la dermis, hacer metástasis, y causar la muerte. El tipo de cáncer de piel más peligroso es el melanoma maligno (Figura 6-7). Es poco frecuente y se asocia con un lunar en la piel. Un lunar es una agrupación de melanocitos; éstos se convierten en cancerosos y la metástasis es común. El melanoma puede aparecer como un nódulo oscuro o una lesión plana difusa. A menos que se trate a tiempo, este cáncer es mortal.

FIGURA 6-6. Carcinoma de células escamosas en la cara.

un pH balanceado, lo que indica que estos productos de limpieza no destruyen el manto ácido de la piel. Algunas enfermedades de la piel destruyen la acidez de algunas de sus zonas y afectan la capacidad de auto-esterilización de nuestra piel. Estas enfermedades hacen a la piel propensa a las infecciones bacterianas. Las uñas protegen los extremos de los dedos y también se pueden utilizar como defensa. El cabello actúa como aislante y ayuda a prevenir la pérdida de calor. Los vellos nasales filtran partículas extrañas y grandes como las del hollín. De igual manera, las pestañas protegen los ojos de partículas extrañas.

Termorregulación La temperatura normal del cuerpo se mantiene alrededor de 98.6°F (37°C). La regulación de la temperatura es crítica para nuestra supervivencia ya que los cambios de temperatura afectan el funcionamiento de las enzimas. La presencia de las enzimas es fundamental para las reacciones químicas normales que ocurren en nuestras células. Cuando la gente tiene fiebre alta, puede morir ya que la alta temperatura del cuerpo destruye las enzimas causando la ruptura de su estructura química. Sin éstas, las reacciones químicas no pueden ocurrir y nuestra maquinaria celular se ve afectada y el resultado podría ser la muerte.

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FIGURA 6-7. Melanoma facial maligno.

Cuando aumenta la temperatura externa, los vasos sanguíneos de la dermis se dilatan para llevar un mayor flujo de sangre a la superficie del cuerpo desde el tejido más profundo. En la piel, la sangre con su temperatura o calor se pierde por radiación, convección, conducción y evaporación. Cuando sudamos, el agua del sudor se evapora, lo que requiere de energía y por lo tanto se desprende calor para reducir la temperatura corporal. Cuando la temperatura externa disminuye, la primera respuesta del cuerpo es dilatar los vasos sanguíneos para llevar el calor generado internamente a la superficie de nuestro cuerpo y calentar nuestras extremidades. Las mejillas de las personas de piel delgada se tornan de color rosado cuando salen en un día de invierno. Una exposición excesiva al frío no puede mantenerse por mucho tiempo, de manera que los vasos sanguíneos se constriñen para llevar el calor de nuevo hacia adentro para preservar los órganos vitales de nuestro cuerpo. El congelamiento ocurre cuando la piel de las extremidades ya no recibe un suministro sanguíneo debido a la persistencia de la constricción de los vasos sanguíneos en la dermis para la conservación del calor. Los tejidos en la punta de estas extremidades mueren y se tornan de color negro.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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ENFERMEDADES DEL SISTEMA TEGUMENTARIO

TIÑA La tiña es causada por varias especies de hongos. Sus síntomas incluyen lesiones irregulares en forma de escama con bordes elevados que causa comezón. Hace tiempo, se creía que esta condición era causada por gusanos, de ahí el nombre de tiña, que en latín significa gusano. La tiña en los pies se conoce como pie de atleta, en el área de la ingle se denomina tiña inguinal. La tiña del cuero cabelludo se denomina capitus tiña y es más común en los niños. Sin tratamiento, puede conducir a la pérdida del cabello y a infecciones bacterianas secundarias.

PSORIASIS La psoriasis es un trastorno crónico común de la piel que puede ser de origen genético. La causa real es desconocida. Se caracteriza por placas rojas cubiertas de escamas gruesas, secas y plateadas que se desarrollan a partir de una producción excesiva de células epiteliales a través de la hiperactividad del estrato germinativo. Estos parches se pueden desarrollar en cualquier parte del cuerpo. Cuando la lesión se raspa, por lo general se produce sangrado. No hay cura conocida para esta enfermedad, pero puede ser controlada con corticosteroides, luz ultravioleta, cremas y champús de alquitrán.

VERRUGAS Las verrugas son causadas por virus del papiloma humano. El virus causa el crecimiento no controlado del tejido epidérmico. El virus se transmite por contacto directo con una persona infectada. Los tumores son generalmente benignos y desaparecen espontáneamente. También se pueden extirpar quirúrgicamente o con aplicaciones tópicas.

HERPES LABIAL El herpes labial, también conocido como fuego, es causado por el virus Tipo I del herpes simple. Las infecciones iniciales no muestran síntomas pero el virus puede permanecer latente en la piel alrededor de la boca y en la membrana mucosa de la boca. Cuando se encuentra activo, produce pequeñas llagas llenas de líquido que son dolorosas e irritantes.

IMPÉTIGO El impétigo es una enfermedad altamente contagiosa que se presenta en los niños causada por la bacteria Staphylococcus aureus (Figura 6-8). La piel entra en erupción con pequeñas ampollas llenas de pus que se rompen con facilidad, produciendo una costra de color miel. Las ampollas se desarrollan generalmente en la cara y se pueden propagar. Las bacterias se propagan por contacto directo y entran en la piel a través de heridas causadas por abrasión. El tratamiento incluye una limpieza con jabones antibacterianos y antibióticos.

HERPES Es causado por el herpes zóster o virus de la varicela que se desarrolla durante la infección infantil. El virus permanece latente en los nervios craneales o espinales. El trauma o el estrés, de alguna manera activan el virus y éste viaja a través de las vías nerviosas de la piel donde se produce mucho dolor y erupciones cutáneas vesiculares. El tratamiento para aliviar los síntomas incluye algunas lociones para contrarrestar el ardor y la comezón, y analgésicos para calmar el dolor.

VITILIGO El vitiligo es una enfermedad de la piel adquirida que resulta en manchas irregulares de diferentes tamaños que carecen totalmente de pigmentación. Las manchas blancas despigmentadas se encuentran con frecuencia en las áreas expuestas de la piel. La causa de la enfermedad es desconocida.

LUNARES Los lunares son producidos por grupos de melanocitos que se desarrollan durante los primeros años de vida. Son trastornos de la piel comunes que generalmente son benignos y desarrollados por la (continúa)

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

ENFERMEDADES DEL SISTEMA TEGUMENTARIO (continuación)

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

mayoría de la gente. Los lunares alcanzan su tamaño y elevación máxima en la pubertad. Varían en tamaño y se puede tener pelo asociados a ellos. Si se agrandan y oscurecen más adelante en la vida, los lunares pueden ser un primer indicio de cáncer de piel. Los lunares deben ser supervisados para detectar cambios a partir de los 30 años. Los lunares que constantemente se irritan o infectan se deben eliminar quirúrgicamente y enviar al laboratorio de patología para su análisis.

ALOPECIA La alopecia se conoce comúnmente como calvicie y puede ser causada por una serie de factores, tanto en hombres como en mujeres. La calvicie de patrón masculino (calvicie común) está influida por factores genéticos y por el envejecimiento. Algunas personas pueden empezar a perder pelo del cuero cabelludo ya en los 20, mientras que otras pueden tener una cabeza repleta de cabello en su vejez. La calvicie también se ve influida por las hormonas sexuales masculinas. La industria cosmética ha comercializado una serie de fármacos, como el minoxidil, para que el cabello vuelva a crecer y contrarrestar los efectos de la calvicie. La alopecia también puede ser causada por la desnutrición, la diabetes, ciertos trastornos endocrinos, la quimioterapia para el cáncer, y las interacciones medicamentosas. Otras formas de alopecia incluyen la alopecia universal, que es una pérdida total de todo el vello corporal, la alopecia areata, que se traduce en manchas de la cara que carecen de pelo y en el cuero cabelludo causada por un trastorno autoinmune; y la alopecia capitis total, un trastorno poco común, que se traduce en la pérdida completa de todo el pelo del cuero cabelludo.

VARICELA La varicela es causada por el virus Varicella zoster (Figura 6-9). Se desarrolla en los niños pequeños produciendo erupciones vesiculares en la piel que generan mucha comezón. El líquido de las erupciones y sus costras son altamente contagiosos, excepto cuando están completamente secas. La transmisión se produce a través del contacto con las lesiones de la piel, pero también puede ocurrir a través de la saliva al estornudar o toser. Existe una vacuna disponible para los niños de 12 meses o más para prevenir la enfermedad.

DERMATITIS DE LA HIEDRA, EL ROBLE Y EL ZUMAQUE VENENOSO

FIGURA 6-8. Pústulas localizadas en el

FIGURA 6-9. Pústulas de varicela

brazo y tronco ocasionadas por el impétigo causado por Staphylococcus.

en el tronco de un niño.

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FIGURA 6-10. Dermatitis de contacto ocasionado por el roble venenoso.

Cortesía de Timothy Berger, MD, Profesor Clínico Asociado, Universidad de California, San Francisco

Cortesía de Robert A. Silverman, MD, Dermatología Pediátrica, Universidad de Georgetown

Cortesía de Robert A. Silverman, MD, Dermatología Pediátrica, Universidad de Georgetown

La dermatitis de la hiedra venenosa es causada por el contacto con una sustancia química, el toxicodendrol, presente en las hojas de la hiedra, la hoja de parra y la planta del género Rhus, que se caracteriza por tener tres hojas con puntos brillantes. Se caracteriza por la presencia de erupciones vesiculares que causan comezón y ardor. Puede ser tratada con la aplicación tópica de cremas o lociones con corticosteroides. La dermatitis del roble venenoso y el zumaque venenoso son causadas por el contacto con especies del arbusto también pertenecientes al género Rhus (Figura 6-10).

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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ENFERMEDADES DEL SISTEMA TEGUMENTARIO (continuación)

PARONIQUIA, ONICOMICOSIS Y ONICOCRIPTOSIS La paroniquia se produce cuando el pliegue de piel en el borde de la uña se infecta (Figura 6-11A). La onicomicosis es una infección por hongos que resulta en tener uñas secas, espesas y quebradizas, y por lo general es acompañada de una coloración amarillenta (Figura 6-11B). Es muy difícil de tratar, y las aplicaciones tópicas son ineficaces. La onicocriptosis también se conoce por el nombre de uña encarnada (Figura 6-11C). Se produce cuando el borde lateral distal de la uña crece o se presiona en la piel de un dedo del pie causando inflamación. La prevención de la enfermedad se logra con el uso de calzado adecuado y recortando correctamente las uñas de los pies.

LESIONES CUTÁNEAS

© Delmar/Cengage Learning

© Delmar/Cengage Learning

© Delmar/Cengage Learning

Diversas lesiones pueden desarrollarse en la superficie de la piel (Figura 6-12). Una pápula es una lesión cutánea que es una pequeña elevación sólida de menos de un centímetro de diámetro. La mácula es una pequeña decoloración plana de la piel incluso ubicada en la superficie de la piel. Un pequeño sarpullido puede ser considerado una mácula. Una roncha o habón es una elevación pálida o enrojecida producida por un edema o hinchazón localizada, como la causada por una picadura de mosquito. Una costra es una capa dura, sólida en la superficie de la piel causada por la sangre seca, suero o pus. También se le conoce como corteza. Un furúnculo es una infección de estafilococo de un folículo piloso o de una glándula con formación de pus. Se caracteriza por la hinchazón, dolor y enrojecimiento. Se trata con antibióticos y extirpación quirúrgica por lo general en un consultorio médico. Una ampolla o vesícula es una ámpula delgada de la piel que contiene un líquido claro, seroso, por lo general, de más de un centímetro de diámetro. Una pústula es una pequeña elevación de la piel, similar a una vesícula o ampolla, pero se llena de pus. Por lo general son de menos de un centímetro de diámetro. Un quiste es un saco encapsulado en la dermis o bajo la piel en el tejido subcutáneo. Se alinea con el epitelio y puede contener líquido o una masa semisólida.

FIGURA 6-11. (A) Paroniquia, (B) Onicomicosis, (C) Onicocriptosis.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

LESIONES CUTÁNEAS B.

A. Pápula Lesión sólida, elevada, de menos de 0.5 cm de diámetro Ejemplo Verrugas, nevos elevada

C.

Mácula Cambios localizados en el color de la piel de menos de 1 cm de diámetro Ejemplo Peca

D. Roncha Edema localizado en la epidermis que causa una elevación irregular que puede ser roja o pálida Ejemplo Picadura de mosquito

Costra Pus, suero o sangre seca localizada en la superficie de la piel Ejemplo Impétigo

QUE CONTIENEN FLUIDO E.

F. Bullas Similar a las vesículas sólo que de más de 0.5 cm de diámetro Ejemplo Dermatitis de contacto, quemaduras de segundo grado, impétigo bulboso, pénfigos

Furúnculo Infección de la piel que se origina en una glándula o folículo piloso Ejemplo Forunculosis

G.

Quiste Masa semisólida o fluido encapsulado localizada en el tejido subcutáneo o dermis Ejemplo Quiste sebáceo, quiste epidérmico

© Delmar/Cengage Learning

H. Pústula Vesículas que se llenan de pus, por lo general de menos de 0.5 cm de diámetro Ejemplo Acné, impétigo, forúnculos, carbuncos, foliculitis

FIGURA 6-12. Diversas lesiones cutáneas.

Secreción La piel produce dos tipos de secreciones: el sebo y el sudor. El sebo es secretado por las glándulas sebáceas. Además de impartir un brillo cosmético a nuestra piel y de hidratarla, el sebo tiene propiedades antifúngicas y antibacterianas. Ayuda a prevenir la infección y mantiene la textura y la integridad de la piel. El sudor es producido por las glándulas sudoríparas y es esencial en el proceso de enfriamiento del cuerpo. El sudor también contiene productos de desecho como la urea, amoniaco y ácido úrico por lo que también se puede considerar una excreción. Una secreción es de tipo benéfico, mientras que una excreción es algo que el cuerpo no necesita y que podría ser perjudicial. La piel está involucrada activamente en la producción de la vitamina D. La exposición a los rayos

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ultravioleta del sol estimula la piel para producir una molécula precursora de esta vitamina, la cual se transporta al hígado y a los riñones para producir la vitamina D madura. La vitamina D es necesaria para nuestro cuerpo, ya que estimula la ingesta de calcio y fósforo en nuestros intestinos. El calcio se necesita para la contracción muscular y para el desarrollo de los huesos. El fósforo es un elemento esencial de la molécula de trifosfato de adenosina. Debido a que vivimos en el interior de una casa, y que además en climas más fríos usamos ropa pesada, a menudo no nos exponemos al sol como para producir suficiente vitamina D. Por lo tanto, debemos ingerir vitamina D a través de nuestra dieta. Algunas fuentes ricas en vitamina D son de la leche, otros productos lácteos y el pescado.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

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Campo

PROFESIONAL

Ést son las áreas profesionales disponibles para los individuos interesados en el Éstas sistema sist st tegumentario: ● L Los cosmetólogos, que se pueden desarrollar en el maquillaje para artistas y

los estilistas de cabello, pueden ocupar puestos en las televisoras, en el cine o en los salones de belleza. ● Los dermatólogos son médicos que se especializan en las enfermedades y en los

trastornos de la piel. ● Los alergólogos son médicos que se especializan en las respuestas inflamatorias

de la piel y las reacciones del sistema inmune. ● Los cirujanos plásticos son médicos que se especializan en las cirugía cosmé-

tica para corregir defectos de nacimiento y contrarrestar los efectos del envejecimiento. ● Las enfermeras también realizan estudios para especializarse en el cuidado de la

piel.

LOS SISTEMAS DEL CUERPO TRABAJAN JUNTOS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS: EL SISTEMA TEGUMENTARIO Sistema esquelético

Sistema cardiovascular ● Los vasos sanguíneos de la dermis ayudan a regular la temperatura corporal mediante su dilatación o constricción. ● La dilatación de los vasos sanguíneos en las personas de piel clara produce el enrojecimiento de la piel durante la ruborización .

● La vitamina D producida por nuestra piel provee de

calcio para desarrollar huesos fuertes. Sistema muscular ● La vitamina D ayuda a proveer del calcio necesario para la contracción muscular. ● Los músculos faciales generan las expresiones faciales del lenguaje corporal. ● Los escalofríos ayudan a controlar la temperatura corporal calentando el cuerpo. Sistema nervioso ● Los sitios receptores de cambios de temperatura y de presión en la piel proveen información al sistema nervioso para poder contender con el medio ambiente. ● Los nervios activan las glándulas sudoríparas. Sistema endocrino ● Las hormonas controlan la secreción de sebo producido por las glándulas sebáceas. ● Las hormonas incrementan el flujo sanguíneo a la piel. ● Las hormonas controlan la cantidad de grasa en el tejido subcutáneo.

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Sistema linfático ● La piel es una barrera efectiva que actúa en contra de la invasión por microorganismos proveyendo de una primera línea de defensa para el sistema inmune. ● El sebo posee propiedades antimicóticas y antibacteriales. ● El manto ácido de la piel ayuda a prevenir la mayoría de las infecciones bacterianas. Sistema digestivo ● La vitamina D producida por la piel genera la absorción de calcio y fósforo por el intestino. ● El exceso de calorías pueden ser almacenadas como grasa en el tejido subcutáneo. Sistema respiratorio ● Los sitios receptores en la piel pueden producir cambios en las tasas de respiración. Sistema urinario ● Los riñones pueden restaurar los niveles de agua y electrolitos perdidos durante la sudoración.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

Sistema reproductor ● La estimulación de sitios receptores en la piel puede producir excitación sexual. ● La estimulación de los pezones en las mujeres postnatales provoca la producción de leche por las glándulas mamarias.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. El sistema tegumentario está formado por la piel, cabello, uñas, glándulas sebáceas, glándulas ceruminosas en el conducto auditivo externo, y las glándulas sudoríparas. 2. La piel es resistente al agua, nos protege de la radiación ultravioleta; a través del sudor disipa el agua y ayuda a regular la temperatura corporal.

LAS CAPAS DE LA PIEL 1. La piel se compone de dos capas: la epidermis superior y la dermis inferior o corion. La epidermis 1. La epidermis se compone de epitelio escamoso estratificado y queratinizado. 2. A medida que las células se desplazan hacia la superficie de la epidermis éstas pierden agua y su núcleo cambia químicamente, en un proceso conocido como queratinización. 3. Las cinco capas de la epidermis, de la más externa a la más interna son las siguientes: estrato córneo o capa callosa estrato lúcido o capa transparente, estrato granuloso o capa granular, estrato espinoso o capa espinosa, estrato germinativo o capa regenerativa. El estrato córneo 1. Se compone de células muertas convertidas en proteínas o células queratinizadas que constantemente se pierden en un proceso de descamación. 2. Es una barrera que actúa en contra de las ondas de luz y de calor, y la mayoría de los productos químicos y de los microorganismos. El estrato lúcido 1. Esta capa es una capa plana y transparente de sólo una o dos células de espesor; es difícil de observar.

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El estrato granuloso 1. Está formado por dos o tres capas de células muy activas en la queratinización. El estrato espinoso 1. Este estrato se compone de varias capas de células espinosas con forma poliédrica. 2. Los puentes de anclaje celulares o desmosomas se encuentran en esta capa. El estrato germinativo o basal 1. Se encuentra por encima de la membrana basal. Su capa más profunda de células se denomina el estrato basal. 2. Ésta es la capa que produce nuevas células de la epidermis por mitosis. 3. Los melanocitos de esta capa producen melanina. Este pigmento es responsable del color de la piel y de la protección contra los rayos ultravioleta del sol. 4. Las personas de piel oscura poseen melanocitos más activos. 5. El albinismo es una condición genética que resulta de la ausencia de melanina. La dermis 1. La dermis también se denomina corion o piel verdadera y está compuesta de tejido conectivo denso. 2. En la dermis se encuentran los vasos sanguíneos y linfáticos, nervios, músculos, glándulas y folículos pilosos. 3. Se divide en dos fracciones: la porción papilar localizada por debajo de la epidermis y la porción reticular ubicada por encima del tejido subcutáneo. 4. El tejido subcutáneo se puede llamar hipodermis.

LOS APÉNDICES DE LA PIEL 1. Los apéndices de la piel incluyen el pelo, uñas, glándulas sebáceas, ceruminosas, y sudoríparas. Pelo 1. El pelo cubre todo el cuerpo excepto las palmas de las manos, las plantas de los pies y ciertas partes de los genitales externos. 2. Cada cabello individual se compone de tres partes: la cutícula externa, la corteza, que es la parte principal de los gránulos del pigmento, y la médula interna que presenta espacios de aire. 3. La parte visible de un cabello se denomina eje. 4. El folículo piloso es la raíz del cabello.

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5. Cuando los músculos erectores del pelo se contraen, provocan que se levanten y den la apariencia de “piel de gallina”. Crecimiento del pelo 1. El crecimiento del pelo comienza en el bulbo del cabello, en las células localizadas en la parte más profunda del folículo piloso; crece por mitosis y se alimenta a partir de los vasos sanguíneos. 2. El cabello crece mediante ciclos. Textura del pelo 1. La textura del pelo se puede clasificar como lisa, rizada, u ondulada, y se debe a factores genéticos. 2. El pelo en la conformación de cadena de alfaqueratina es elástico, y cuando se estira, adopta una conformación beta. Color de pelo 1. El color del pelo está determinado por factores genéticos complejos. 2. Las canas se producen cuando el pigmento está ausente en la corteza. 3. El pelo blanco es resultado tanto de la ausencia de pigmento, como de burbujas de aire en el eje. 4. La herencia y otros factores desconocidos provocan su decoloración. Uñas 1. Una uña es una modificación de las células epidérmicas compuesta de queratina. 2. La lúnula es el extremo proximal de la uña en forma de media luna y es producida por la mezcla del aire con la queratina. 3. El cuerpo es la parte visible de la uña. La raíz de la uña está cubierta por la piel. 4. La uña crece a partir de la cama de la uña. 5 La cutícula es el estrato córneo que se extiende sobre el cuerpo de la uña. Glándulas sebáceas 1. Las glándulas sebáceas producen sebo y se encuentran a lo largo de las paredes de los folículos. 2. El sebo, una grasa, le otorga un brillo cosmético a la piel y la mantiene hidratada. 3. La secreción sebácea está controlada por el sistema endocrino, aumenta durante la pubertad y en las etapas finales del embarazo. Disminuye con la edad. Glándulas sudoríparas 1. Las glándulas sudoríparas son más numerosas en la palmas de nuestra manos y en la plantas de los pies.

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2. El tubo ciego secretor de una glándula sudorípara se encuentra en el tejido subcutáneo. La porción excretora atraviesa la dermis hacia la superficie. 3. El olor del sudor se produce por la acción de las bacterias que se alimentan de él. 4. La sudoración es un proceso fisiológico importante que ayuda a disminuir la temperatura del cuerpo.

FUNCIONES DEL SISTEMA TEGUMENTARIO 1. La piel provee de sensación, protección, termorregulación y secreción. Sensación 1. Los sitios receptores para detectar cambios en la temperatura (frío o caliente) y en la presión (placer o dolor) se encuentran en la piel. 2. La combinación de estímulos resulta en sensaciones de comezón, quemadura y cosquilleo. Protección 1. La piel impide la entrada de agentes físicos y químicos dañinos al cuerpo. 2. La melanina nos protege de los rayos ultravioleta emanados por el sol. 3. El contenido lipídico de la piel evita la pérdida excesiva de agua y de electrolitos. 4. El pH ácido de la piel mata la mayoría de las bacterias y microorganismos que entran en contacto con ella. 5. El pelo actúa como aislante, protege nuestros ojos y filtra las partículas extrañas que penetran en nuestra nariz. Termorregulación 1. La temperatura del cuerpo es regulada mediante la dilatación y constricción de los vasos sanguíneos en la dermis de la piel. 2. La sudoración es un proceso de evaporación que enfría el cuerpo. Secreción 1. El sebo tiene propiedades antimicóticas y antibacterianas. 2. El sudor contiene productos de desecho tales como la urea, el ácido úrico y amoniaco, por lo que también se considera una excreción. 3. La piel ayuda a elaborar vitamina D mediante la exposición a los rayos ultravioleta del sol.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

PREGUNTAS DE REPASO 1. Enlista las cinco capas de la epidermis con sus nombres comunes. 2. Enlista y describe las cuatro funciones del sistema tegumentario. * 3. Si todas las personas poseen el mismo número de melanocitos en su piel, ¿cómo explicamos las diferencias de color entre las distintas razas? * 4. ¿Por qué una persona que nace con ausencia de glándulas sudoríparas será susceptible a una muerte por exposición a un choque de calor? *

Preguntas de pensamiento crítico

Investiga y explora ● Visita el sitio web de la Fundación

de Cáncer de Piel en http://www. skincancer.org e investiga uno de los tipos de cáncer de piel. Escribe un pequeño resumen de una página o dos de lo que aprendiste. ● Visita el sitio web de MedlinePlus en

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus e investiga acerca de cualquiera de las condiciones de la piel mencionadas en este capítulo.

ESTUDIO DE CASO Siesha, una mujer de 21 años de edad, visita a su dermatólogo tras una revisión de su médico general. Siesha está preocupada por un lunar que se ha desarrollado en su muslo derecho. El médico advierte que ella tiene un bronceado oscuro. Al elaborar su historial clínico, Siesha menciona que ella y sus amigos juegan voleibol de playa cada fin de semana durante el verano, y utiliza las camas solares durante el invierno. Tras el examen del lunar, el médico considera que Siesha podría tener un cáncer de piel.

Preguntas 1. 2. 3. 4.

¿Qué tipo de cáncer de piel crees que Siesha pudiera tener? ¿Cuál es el segundo tipo de cáncer que es potencialmente fatal? ¿Cuál es el tipo de cáncer menos peligroso? ¿Qué aspectos de la historia de Siesha indican que se encuentra en riesgo de presentar cáncer de piel? 5. ¿Qué precauciones pueden tomar las personas para prevenir el cáncer de piel?

Conexión con StudyWARE ™ Contesta un examen o practica uno de los juegos interactivos en tu CD-ROM de StudyWARE™.

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CAPÍTULO 6 El sistema tegumentario

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RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número más apropiado sobre el espacio en blanco que le corresponda. _____ Melanina 1. Eje central del pelo _____ Queratinización 2. Pigmento de la piel _____ Dermis 3. Porción visible del pelo _____ Cutícula 4. Luna creciente de la uña _____ Médula 5. Desmosomas _____ Eje 6. Produce células secas y _____ Corteza frágiles que carecen de _____ Lúnula núcleo _____ Sebo 7. Lubrica la superficie de la _____ Cianosis piel 8. Color de piel azul o cenizo 9. Músculo erector del pelo 10. Porción principal del pelo, las células están alargadas 11. Corion 12. Capa más externa de la piel, células escamosas

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

EL SISTEMA TEGUMENTARIO

Materiales necesarios: Un microscopio compuesto y portaobjetos con preparaciones 1. Examina uno de los portaobjetos que contenga una preparación de la piel de la palma de la mano. Intenta distinguir las diferentes capas de la epidermis. Identifica la membrana basal. Advierte cómo las células más cercanas a la membrana basal no están queratinizadas y son cuboidales, pero aquellas

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más lejanas del estrato córneo sí lo están y son escamosas y queratinizadas. Advierte las dos capas de la dermis: la porción papilar y la reticular. 2. Examina una preparación de ejes de pelos provenientes de cuero cabelludo humano. Observa con atención la estructura del folículo piloso que rodea al pelo.

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El sistema esquelético OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Nombrar las funciones del sistema esquelético. 2. Nombrar los dos tipos de osificación. 3. Describir por qué la dieta puede afectar el desarrollo óseo en los niños y el mantenimiento de los huesos en los adultos mayores. 4. Describir la histología del hueso compacto. 5. Definir y dar ejemplos de las marcas de los huesos. 6. Nombrar los huesos craneales y faciales. 7. Nombrar los huesos del esqueleto axial y apendicular.

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C O N C E P T O S C L AV E Acetábulo Agujero magno Alveolos Astrágalo Atlas Cabeza Calcáneo Canales de Volkmann Canales haversianos/centrales Canalículo Capitado Carpales Cartílago Cavidad medular Célula osteoprogenitora Cifosis Cigomáticos o huesos malares Cintura pélvica Clavícula Cóndilo Cóndilo occipital Cornetes nasales Costillas Cresta Cresta occipital externa Cresta supraorbital Cuboides Cuello Cuneiformes Diáfisis Eje

Endostio Epífisis Escafoides/navicular Escápula Escoliosis Espina Esternón Estribo Falange Falanges Fémur Fíbula Fontanela Foramen Foramen del obturador Fosa Fosa glenoidea Fractura Ganchoso Gladiolo Hematopoyesis Hueso compacto o denso Hueso esfenoides Hueso esponjoso Hueso etmoidal Hueso frontal Hueso hioides Hueso mandibular Hueso occipital Hueso palatino Huesos wormianos/suturales Huesos del tarso

Huesos lagrimales Huesos maxilares Huesos nasales Huesos parietales Huesos sesamoideos Huesos temporales Húmero Ilion Isquion Lacunar Lamela Ligamentos Línea Línea epifisaria Lordosis Lunares Maleolo Manubrio Margen orbital Meato/canal Médula ósea amarilla Médula ósea roja Metacarpos Metáfisis Metatarsos Navicular/escafoides Osículos auditivos Osificación Osificación endocondral Osificación intramembranosa Osteoblastos Osteoclastos (continúa)

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Osteomalacia Osteón Periostio Piramidal Pisiforme Placa timpánica del hueso temporal Porción escamosa del hueso temporal Porción mastoidea del hueso temporal Porción pétrea del hueso temporal Proceso acromial Proceso coracoide Proceso olécranon

Procesos Protuberancia occipital externa Pubis Radio Rótula Seno/antro Surco Sutura Sutura coronal Sutura lambdoidea Sutura sagital Tendones Tibia Trabéculas

INTRODUCCIÓN La estructura de soporte del cuerpo se compone de la unión de los huesos a la que llamamos esqueleto. Éste nos permite permanecer erectos, movernos en nuestro ambiente, y realizar características extraordinarias de gracia artística como los movimientos de ballet o logros atléticos como el salto con pértiga o la resistencia física normal. El sistema esquelético nos permite mover un bolígrafo y escribir, así como nos ayuda a respirar. Está muy asociado con el sistema muscular. El sistema esquelético incluye todos los huesos del cuerpo y su cartílago asociado, tendones y ligamentos. A pesar de la apariencia de los huesos, éstos en realidad se componen de tejido vivo. La apariencia dura o “muerta” de los huesos, se debe a las sales minerales, como el fosfato de calcio embebido en la matriz inorgánica del tejido óseo. Leonardo da Vinci (1452-1519), el famoso artista y científico del Renacimiento, está acreditado como el primer anatomista que ilustró correctamente el esqueleto, incluyendo sus 206 huesos. Observa el Mapa Conceptual 7-1: Sistema esquelético.

LAS FUNCIONES DEL SISTEMA ESQUELÉTICO El esqueleto tiene cinco funciones generales: 1. Soporta y estabiliza los tejidos circundantes, como los músculos, vasos sanguíneos y linfáticos, nervios, grasa y piel.

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Trapecio Trapezoide Trocánter Tróclea Tubérculo Ulna Vértebra coccígea/cóccix Vértebras cervicales Vértebras lumbares Vértebras sacrales/sacro Vértebras torácicas Vómer Xifoides Yunque

2. Protege los órganos vitales del cuerpo, como el encéfalo, médula espinal, corazón y pulmones, así como también protege otros tejidos blandos del cuerpo. 3. Ayuda en la movilización del cuerpo al proveer puntos de unión para los músculos que al jalar los huesos actúan como palancas. 4. Crea células sanguíneas. Este proceso se conoce como hematopoyesis y principalmente ocurre en la médula ósea roja. 5. Es un área de almacenamiento de sales minerales, especialmente de fósforo y calcio, además de grasas. El cartílago, los tendones y los ligamentos se encuentran asociados a los huesos. El cartílago, un tipo de tejido conectivo, es el ambiente en el que el hueso se desarrolla en un feto. También se encuentra en las terminaciones de ciertos huesos y de articulaciones en los adultos, proporcionando una superficie lisa para que los huesos adyacentes se puedan mover. Los ligamentos son estructuras fuertes de tejido conectivo que unen a los huesos entre sí, como los que vinculan la cabeza del fémur con el acetábulo del hueso pélvico en la cadera. Los tendones son estructuras similares pero unen músculos con huesos.

EL CRECIMIENTO Y LA FORMACIÓN DEL HUESO El esqueleto de un feto en desarrollo se forma al término del tercer mes de embarazo. Sin embargo, en este punto,

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

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Sistema esquelético

posee

realiza

Estructuras específicas

Funciones específicas

realiza

incluye

Huesos

contiene

incluye

Articulaciones

unido a huesos en

Cartílagos

unido a huesos en

Soporte

Movimiento

Células

llena de

secreta

Médula ósea

Fibras de colágeno

Material la fuerza y rigidez se requieren para intercelular

fuerte gracias a

Formación de células sanguíneas

puede proveer le permite a los huesos proveer

Cavidad medular

Protección

Almacenamiento de minerales

regulado para

Control de los niveles de calcio y fósforo en los fluidos extracelulares

rígido gracias a

Calcio y fósforo

depositado sobre

se liberan o añaden a partir del material intercelular para la médula ósea roja funciona en

MAPA CONCEPTUAL 7-1. Sistema esquelético.

el esqueleto se compone predominantemente de cartílago. Durante los siguientes meses del embarazo, ocurre la osificación, es decir, la formación y el crecimiento de los huesos. Los osteoblastos invaden el cartílago y comienzan el proceso de osificación. El crecimiento longitudinal de los huesos continúa aproximadamente hasta

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los 15 años de edad en las mujeres y hasta los 16 en los hombres. Esto se lleva a cabo en la línea o placa epifisaria. La maduración y remodelación del hueso continúan hasta los 21 años en ambos sexos. Sería incorrecto decir que el cartílago se convierte en hueso. En realidad, el cartílago es el ambiente en el cual se desarrolla el hueso.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Su fuerte matriz proteica es responsable de la resiliencia o “elasticidad” del hueso cuando se le aplica una presión. Las sales minerales depositadas en la matriz proteica son responsables de la fuerza del hueso, para que no se oprima cuando se le aplica presión.

Deposición del hueso El hueso se desarrolla a partir de unas células en forma de huso llamadas osteoblastos que, a su vez, se desarrollan a partir de células óseas no diferenciadas llamadas células osteoprogenitoras (Figura 7-1). Estos osteoblastos se forman debajo de la membrana fibrovascular que cubre al hueso, el periostio (Figura 7-2). Estos osteoblastos también se encuentran en el endostio, que recubre la médula ósea o cavidad medular. La deposición del hueso está controlada por la cantidad de tensión o presión que se ejerza sobre el hueso. Entre más tensión exista, mayor será la deposición ósea. El talón es un hueso largo y fuerte porque recibe el peso del cuerpo cuando caminamos. Los huesos (y músculos) enyesados se desgastan o atrofian, mientras que una tensión excesiva y continua, vía ejercicio, causará que el hueso y los músculos crezcan sanos y fuertes. Ésta es la razón por la que se recomienda que los niños corran y jueguen, logrando desarrollar huesos fuertes en sus años formativos. Cuando se remueve un yeso el paciente tiene que participar en terapia física para remodelar los huesos y músculos debilitados por el uso del mismo. La fractura de un hueso estimula la proliferación de los osteocitos lastimados. Después secretan grandes cantidades de matriz para formar hueso nuevo. Además, otro tipo de células óseas llamadas osteoclastos se encuentran presentes en casi todas las cavidades del hueso (Figura 7-1). Se derivan de células del sistema inmunológico, y son los responsables de la reabsorción del hueso. Éstas son grandes células que remueven hueso de la parte interior durante la remodelación, como ocurre cuando se rompe un hueso. Estas células también son

Célula osteoprogenitora

Osteoblasto

responsables de la capacidad de que un hueso que soldó de forma incorrecta, pueda enderezarse. Si se descubre que un niño tiene las piernas arqueadas, el médico puede poner soportes en las piernas. El ajuste periódico de estos soportes aumenta la presión en el hueso para que los osteocitos (osteoblastos maduros) depositen hueso nuevo, mientras que los osteclastos remueven el hueso viejo durante el proceso de remodelación. Este proceso puede ocasionar que una fractura que había soldado incorrectamente pueda sanar bien. Para corregir esto, se debe romper el hueso de nuevo, y se debe enyesar otra vez para que sane de forma adecuada.

Tipos de osificación Existen dos tipos principales de osificación (la formación de huesos por osteoblastos). El primer tipo es la osificación intramembranosa, en donde las membranas de tejido conectivo denso son reemplazadas por depósitos de sales inorgánicas de calcio, formando hueso. La membrana eventualmente se convierte en el periostio del hueso maduro. Debajo del periostio se encuentra el hueso compacto con un núcleo interno de hueso esponjoso. Sólo los huesos del cráneo se forman a través de este proceso. Debido a que la osificación completa por este proceso no ocurre sino hasta algunos meses después del nacimiento, uno puede sentir estas membranas en la parte superior del cráneo de un bebé, esta parte se conoce como mollera o fontanela. Esto permite que el cráneo del bebé se compacte un poco, conforme se mueve a través del canal del parto. Los otros huesos del cuerpo se forman por un segundo proceso llamado osificación endocondral (Figura 7-3). Éste es el proceso en donde el cartílago es el ambiente para que se desarrollen las células óseas (endo = dentro, condro = cartílago). Conforme se sintetiza la matriz orgánica, los osteoblastos se rodean de matriz ósea y maduran en células óseas u osteocitos. Ambos tipos de osificación dan como resultado la formación de un hueso compacto o esponjoso.

Osteocito

Osteoclasto

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FIGURA 7-1. Los diferentes tipos de células óseas.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Línea de crecimiento/ epifisaria

Epífisis proximal

Metáfisis

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Cartílago articular

Endostio Hueso compacto

Hueso esponjoso (contiene médula ósea roja)

Médula ósea amarilla

Periostio

(B) Periostio Diáfisis

Hueso esponjoso Arteria nutriente

Trabéculas

© Delmar/Cengage Learning

Hueso compacto Metáfisis (C)

Epífisis distal (A)

FIGURA 7-2. La estructura de un hueso largo típico. (A) Diáfisis, epífisis y cavidad medular. (B) El hueso compacto rodea la médula

ósea amarilla dentro de la cavidad medular. (C) El hueso esponjoso y el hueso compacto en la epífisis.

ALERTA SANITARIA

HUESOS FUERTES

Para mantener huesos fuertes y saludables en nuestras vidas, es importante mantener una dieta balanceada con una ingesta diaria de calcio. Podemos hacer esto al consumir productos lácteos como leche, yogurt y quesos. Además de la dieta, hacer ejercicio de manera regular es importante. Conforme se desarrollan los huesos en niños y adolescentes, es importante incrementar la ingesta de calcio y ejercitarse más rigurosamente. Conforme maduramos seguimos requiriendo calcio, sin embargo, en menor cantidad. El ejercicio diario, tan simple como caminar en la edad avanzada, o correr o practicar deportes en la edad media, ayudará a mantener un sistema esquelético sano. Cuando practicamos deportes, caminamos o corremos, es importante usar zapatos con un soporte apropiado para el arco. Esto prevendrá problemas a futuro en los huesos del pie. Mantener una postura apropiada cuando caminamos y nos sentamos también mantiene a los huesos fuertes y saludables.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

dole la apariencia de una esponja. En estos espacios se puede encontrar la médula ósea.

El sistema haversiano de hueso compacto

Periostio Cartílago calcificado

El hueso se forma entre el cartílago calcificado

Centro de osificación primaria

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Cavidad medular

FIGURA 7-3. Osificación endocondral, en donde el cartílago

es el ambiente en el que se desarrolla el hueso.

Mantenimiento del hueso En un cuerpo saludable, debe existir un balance entre la cantidad de calcio almacenado en los huesos, el calcio en la sangre, y el exceso de calcio excretado por los riñones y el sistema digestivo. La concentración apropiada de calcio en sangre y en los huesos está controlada por el sistema endocrino. Dos hormonas, la calcitonina y la paratohormona, controlan la concentración de calcio en nuestro cuerpo. La calcitonina causa que el calcio se almacene en los huesos; la paratohormona origina su liberación en el torrente sanguíneo.

LA HISTOLOGÍA DEL HUESO Existen dos tipos de tejido óseo: el compacto o denso y el esponjoso (Figura 7-2C). En los dos tipos de tejido, los osteocitos son los mismos, pero el arreglo de cómo el abastecimiento sanguíneo alcanza las células óseas es diferente. Los dos tipos de tejido tienen funciones diferentes. El hueso compacto es denso y fuerte, mientras que el esponjoso tiene muchos espacios abiertos, dán-

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El canal haversiano, también conocido como osteón, fue nombrado en honor al médico inglés, Clopton Havers (1650-1702), quien lo describió como una característica prominente del hueso compacto (Figura 7-4). Este sistema permite el metabolismo efectivo de las células óseas rodeadas por anillos de sales minerales. Tiene varios componentes. Corriendo en paralelo a la superficie del hueso podemos encontrar muchos canales pequeños con vasos sanguíneos (capilares, arteriolas y vénulas) que portan oxígeno y nutrientes, y se encargan de remover productos de desecho y dióxido de carbono. Estos canales se llaman haversianos o canales centrales y se encuentran rodeados por anillos concéntricos de hueso, donde cada una de las capas se conoce como lamela. Entre dos anillos de lamela ósea podemos encontrar varias cavidades lacunares pequeñas. En cada una se observa un osteocito o célula ósea suspendida en el tejido líquido. Todas las cavidades lacunares están conectadas entre ellas y al canal central o haversiano mediante unos canales mucho más pequeños llamados canalículos. Los canales que corren de manera horizontal a los canales centrales, también contienen vasos sanguíneos y son llamados canales de Volkmann o canales perforados. Lo que fluye a través de ellos es tejido líquido, que baña a los osteocitos, llevando oxígeno y nutrientes, y acarreando los productos de desecho y dióxido de carbono, manteniendo a los osteocitos vivos y saludables.

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™ podrás observar la animación de una fractura como resultado de una fuerza directa sobre el hueso.

Hueso esponjoso El hueso esponjoso se encuentra en las terminaciones de los huesos largos y forma el centro de todos los otros huesos. Consiste en una red de secciones óseas interconectadas llamadas trabéculas, lo que le confiere la apariencia de una esponja (Figura 7-2C). La trabécula le da fuerza al hueso sin conferirle el peso de ser sólido. Cada trabécula consiste de varias lamelas con osteocitos entre ellas, igual que en el hueso compacto. Los espacios entre las

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

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Osteón (sistema haversiano)

Lamela circunferencial

Vasos sanguíneos dentro del canal haversiano o canal central Canalículos

Cavidades lacunares con osteocitos

Lamela intersticial

Lamelas concéntricas Vaso sanguíneo dentro del canal perforado o canal de Volkmann

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Periostio

FIGURA 7-4. La estructura detallada del hueso compacto denso.

trabéculas están llenos de médula ósea. Los nutrientes salen de los vasos sanguíneos en la médula y pasan por difusión a través de los canalículos de la lamela para llegar a los osteocitos en las cavidades lacunares.

Médula ósea Los espacios entre ciertos huesos esponjosos están llenos con médula ósea roja. Esta médula se encuentra ricamente abastecida con sangre y consiste en células sanguíneas y sus precursores. La función de la médula ósea roja es la hematopoyesis, o la formación de glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas. Por lo tanto, las células sanguíneas en todos los estados de desarrollo se pueden encontrar en la médula ósea roja. En el Capítulo

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13 discutiremos con mayor detalle los distintos estados de desarrollo de las células sanguíneas. En un adulto, las costillas, vértebras, esternón y huesos de la pelvis contienen médula ósea roja en su tejido esponjoso. Estos huesos producen las células sanguíneas en los adultos. La médula ósea roja entre las terminaciones del húmero y del fémur, es muy abundante durante el nacimiento y decrece conforme envejecemos. La médula ósea amarilla es un tejido conectivo que consiste de células adiposas. Principalmente se encuentra en los ejes de los huesos largos entre la cavidad medular, el área central del eje óseo (Figura 7-2B). La médula ósea amarilla se extiende hacia los osteones o sistemas haversianos, reemplazando la médula ósea roja cuando ésta se termina.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

TRASTORNOS DEL SISTEMA ESQUELÉTICO

RAQUITISMO El raquitismo es una enfermedad causada por deficiencias en los minerales calcio y fósforo, o por deficiencias de vitamina D y exposición solar. La vitamina D es necesaria para la absorción de calcio y fósforo. Esta condición origina cambios en los huesos, que se conocen como raquitismo en los infantes, y como osteomalacia en los adultos. Los huesos no pueden osificarse, lo que resulta en huesos débiles que se fracturan con facilidad. El raquitismo se da en niños que no reciben una exposición solar adecuada (se requiere de luz solar para producir vitamina D en el cuerpo) o cuya dieta es deficiente en vitamina D (la leche es una fuente de esta vitamina).

FRACTURAS La ruptura de un hueso o cartílago asociado, se conoce como una fractura (Figura 7-5). Debido a que el hueso soporta otros tejidos, una fractura generalmente está acompañada por lesiones del tejido blando subyacente, como músculo o tejido conectivo. Las fracturas óseas se clasifican como abiertas o compuestas, si es que el hueso sobresale de la piel, o como cerradas o simples si la piel no se encuentra perforada. Las fracturas también pueden catalogarse en base a la dirección de la línea de fractura, como transversas (en ángulos rectos al eje mayor), lineales (paralelas al eje mayor), o como oblicuas (un ángulo distinto al ángulo recto al eje mayor). Una fractura en rama verde es una fractura incompleta. El hueso se dobla y rompe en la parte externa. Una fractura conminuta es una en donde el hueso se rompe en varias piezas.

Porción media del hueso

Transversal Oblicua

Desplazada Lineal

Porción distal del hueso

Normal

En rama verde (incompletas)

Cerrada (simple, completa) Tipos de fracturas óseas

Abierta (compuesta)

Conminuta

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Porción proximal del hueso

FIGURA 7-5. Tipos de fracturas óseas

CLASIFICACIÓN DE LOS HUESOS EN BASE A SU FORMA Los huesos individuales del cuerpo se pueden dividir por su forma en cinco categorías: largos, cortos, planos, irregulares y sesamoideos (Figura 7-6).

Huesos largos Los huesos largos (Figura 7-2) son huesos cuya longitud excede su amplitud y consisten de una diáfisis o

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eje compuesta principalmente de hueso compacto, una metáfisis en cada terminación de la diáfisis que consiste en hueso esponjoso, y dos extremidades, cada una llamada epífisis, separada de la metáfisis por la línea de crecimiento o epifisaria, donde ocurre el crecimiento longitudinal del hueso. El eje consiste principalmente de hueso compacto. Se hace más grueso hacia la porción central porque la presión sobre el hueso es mayor en este punto. La fuerza de un hueso largo también se asegura por una ligera curvatura del eje, un buen diseño para distribuir el peso. El interior del eje es la cavidad medular, llena de médula ósea amarilla. Las extremidades o

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

145

Huesos irregulares Los huesos irregulares son huesos con una forma muy peculiar y diferente, o de forma irregular. Consisten en hueso esponjoso delimitado por una capa delgada de otro compacto. Los ejemplos de huesos irregulares son las vértebras y los osículos de los oídos. Huesos planos (frontal)

Hueso irregular (vértebra) Huesos largos (húmero)

Hueso corto (cuboides)

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Huesos sesamoideos

FIGURA 7-6. La clasificación de los huesos en base

a su forma.

epífisis del hueso largo tienen una cubierta delgada de tejido compacto sobre una mayoría de tejido esponjoso, que usualmente contiene médula ósea roja. Las epífisis son amplias y expandidas para lograr su articulación con otros huesos y para proveer una superficie mayor de unión con los músculos. Los ejemplos obvios de huesos largos son la clavícula, húmero, radio, ulna, fémur, tibia y fíbula. Los ejemplos no tan obvios son las versiones cortas de un hueso largo, como los metacarpos de la mano, metatarsos del pie y las falanges de los dedos.

Huesos cortos Los huesos cortos no son versiones cortas de los huesos largos. Éstos no presentan un eje largo. Tienen una forma algo irregular. Consisten de una capa delgada de tejido compacto sobre una porción mayor de tejido esponjoso. Ejemplos de huesos cortos son los huesos del carpo de la muñeca y los del tarso del pie.

Huesos planos Los huesos planos son huesos delgados que se encuentran en cualquier parte donde existe la necesidad de una unión masiva de músculo, o protección de partes blandas y vitales del cuerpo. Generalmente son curvos, consisten en dos placas planas de hueso compacto delimitadas por una capa de hueso esponjoso. Los ejemplos de huesos planos son el esternón, las costillas, escápula, partes de los huesos pélvicos y algunos huesos del cráneo.

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Los huesos sesamoideos son pequeños y redondos. Estos huesos están delimitados por tendones y tejido fascial que se encuentran adyacentes a las articulaciones. Ayudan en el funcionamiento de los músculos. La rótula es el hueso sesamoideo más grande. Algunos de los huesos de la muñeca y el tobillo se pueden clasificar como huesos sesamoideos y como huesos cortos.

MARCAS DE LOS HUESOS La superficie de cualquier hueso típico exhibe ciertas proyecciones llamadas procesos o ciertas depresiones llamadas fosas, o ambas. Estas marcas son funcionales porque pueden ayudar a unir huesos con otros huesos, proveer una superficie de unión de los músculos, o servir como la vía de paso para los vasos sanguíneos y los nervios. La siguiente es una lista de algunos términos y definiciones con respecto a las marcas óseas.

Procesos Un proceso es el término general para referirse a cualquier prominencia ósea obvia. La siguiente es una lista de ejemplos específicos de procesos. 1. Espina: cualquier proyección afilada, como los procesos espinosos de las vértebras (Figura 7-14). 2. Cóndilo: una protuberancia redonda, que usualmente se encuentra en la articulación con otro hueso, como los cóndilos laterales y mediales del fémur (Figura 7-23). 3. Tubérculo: un proceso pequeño y redondo, como el tubérculo menor del húmero (Figura 7-19). 4. Tróclea: un proceso tipo polea, como la tróclea del húmero (Figura 7-19). 5. Trocánter: una proyección muy larga, como el trocánter mayor y menor del fémur (Figura 7-23).

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

6. Cresta: un borde delgado del hueso, como las crestas iliacas del hueso de la cadera (Figura 7-22). 7. Línea: una borde menos prominente que una cresta. 8. Cabeza: un alargamiento terminal, como la cabeza del húmero y la cabeza del fémur (Figuras 7-19 y 7-23). 9. Cuello: la parte del hueso que conecta la cabeza o alargamiento terminal con el resto del hueso, como el cuello del fémur (Figuras 7-19 y 7-23).

Fosas La fosa es el término general para cualquier depresión o cavidad dentro o sobre un hueso. La siguiente es una lista con ejemplos específicos de fosas. 1. Sutura: una unión delgada, que generalmente se encuentra entre dos huesos, como las suturas de los huesos del cráneo (Figura 7-9). 2. Foramen: una apertura mediante la cual pasan vasos sanguíneos, nervios y ligamentos. Como el agujero magno del hueso occipital del cráneo o el foramen obturador del hueso pélvico (Figura 7-22). 3. Meato o canal: un pasaje tipo tubo, como el meato auditivo o canal auditivo (Figura 7-9). 4. Seno o antro: una cavidad dentro de un hueso, como los senos nasales o seno frontal (Figura 7-8A). 5. Surco: una hendidura, como los surcos intertuberculares o el surco del húmero (Figura 7-19).

DIVISIONES DEL ESQUELETO Típicamente, un esqueleto tiene 206 huesos. La porción axial consiste del cráneo (28 huesos, incluyendo los huesos craneales y faciales), el hueso hioides, las vértebras (26 huesos), costillas (24 huesos) y el esternón. La porción apendicular del esqueleto consiste en los huesos de las extremidades superiores o brazos (64 huesos, incluyendo la cintura escapular) y los huesos de las extremidades inferiores o piernas (62 huesos, incluyendo los huesos de la cintura pélvica) (Figura 7-7).

EL ESQUELETO AXIAL El cráneo, en el uso correcto del término, incluye los huesos craneales y faciales. Discutiremos primero los huesos craneales.

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Los huesos craneales Los huesos del cráneo tienen varias funciones importantes. Éstos protegen y encierran el cerebro y los órganos especiales de los sentidos, como los ojos y los oídos. Los músculos para la masticación y para el movimiento de la cabeza, se unen a los huesos craneales. En ciertas locaciones, podemos encontrar senos o cavidades que se conectan con las cavidades nasales (Figura 7-8). Todos los huesos individuales del cráneo están unidos entre sí por uniones inamovibles llamadas suturas. El hueso frontal es el hueso que forma la frente, el techo de la cavidad nasal, y las órbitas, que son las cavidades óseas que contienen los ojos (Figura 7-9). Las marcas óseas importantes se encuentran en el margen orbital, una cresta definida encima de cada órbita ubicada en la posición de las cejas, y en la cresta supraorbital, que cubre el seno frontal y se puede sentir en la parte media de la frente. La sutura coronal se encuentra donde el hueso frontal se une a los huesos parietales. Los dos huesos parietales forman el techo y los laterales superiores del cráneo. Se unen en la sutura sagital en la línea media del cráneo. El hueso occipital es el hueso que forma la parte trasera y la base del cráneo (Figura 7-9) y une los huesos parietales en la porción superior mediante la sutura lambdoidea. La parte inferior de este hueso tiene una gran apertura llamada foramen magnum, por donde se conecta la médula espinal con el cerebro. En cada porción inferior del hueso occipital se puede encontrar un proceso llamado cóndilo occipital. Estos procesos son importantes porque se articulan con depresiones en la primera vértebra cervical (atlas), permitiendo que la cabeza se conecte con el resto de las vértebras. Otras marcas notorias son la cresta occipital externa y la protuberancia occipital externa, que se puede sentir en la base del cuello. Varios ligamentos y músculos se unen a estas regiones. Los dos huesos temporales ayudan a formar las porciones inferiores y la base del cráneo (Figura 7-9). Cada hueso temporal encierra una oreja y porta una fosa para la articulación con la mandíbula inferior. Los huesos temporales son de forma irregular y cada uno consiste de cuatro partes: la parte escamosa, pétrea, mastoidea y timpánica. La porción escamosa es la de mayor tamaño y de ubicación superior a las otras cuatro porciones. Es una placa delgada y plana de hueso que forma las sienes. Proyectándose desde su parte inferior se encuentra el proceso zigomático, que forma la parte lateral del arco zigomático o pómulo. La porción pétrea se encuentra al fondo de la base del cráneo, donde protege y rodea el oído interno. La porción mastoidea se encuentra detrás y debajo del meato auditivo o apertura auditiva. El proceso mastoideo es una proyección redondeada de la porción mastoidea del hueso temporal, se puede sentir detrás de la oreja. Varios músculos del cuello se unen a este proceso mastoideo y ayudan en el movimiento de la cabeza.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Frontal

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Parietal

Temporal

Occipital

Cráneo Cigomático

Temporal

Mandíbula

Maxilar

Cintura escapular Clavícula Esternón

Escápula Columna vertebral

Tórax Costillas

Extremidades superiores Húmero

Radio Cúbito Huesos de la cadera Huesos del carpo

Sacro Cóccix

Metacarpo Falanges

Extremidades inferiores Fémur Rótula

Tibia

Huesos del tarso Calcáneo

Metatarso Falanges (A) Anterior

(B) Posterior

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Peroné

FIGURA 7-7. El sistema esquelético humano. (A) Vista anterior. (B) Vista posterior.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Senos frontales Senos etmoides Senos esfenoides Senos maxilares

(A) Canal auditivo externo Martillo Yunque

Estribo Canales semicirculares Ámpula Vestíbulo NC VIII Cóclea

Ventana oval

Membrana timpánica

Ventana redonda

Lóbulo Oído externo

Oído medio

Oído interno

(B)

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Trompa de Eustaquio

FIGURA 7-8. (A) Los senos paranasales. (B) Sección transversal del oído, donde se muestran los osículos.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

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Sutura coronaria

Hueso parietal

Hueso frontal

Sutura escamosa

Hueso temporal

Hueso esfenoides (ala mayor)

Sutura lambdoidea

Hueso nasal Hueso occipital

Hueso lagrimal Hueso etmoidal

Meato auditivo externo Hueso cigomático

Proceso mastoideo

Maxilar

Proceso estiloide

Mandíbula

Proceso temporal del hueso cigomático

Arco zigomático

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Proceso cigomático del hueso temporal

FIGURA 7-9. Los huesos del cráneo.

Finalmente, la placa timpánica forma el piso y la pared anterior del meato auditivo externo. Se puede observar un proceso estiloide delgado que se extiende de la superficie inferior de esta placa. Los ligamentos que sostienen el hueso hioide en su lugar (que da soporte a la lengua) se unen a este proceso estiloide de la placa timpánica del hueso temporal. El hueso esfenoides forma la porción anterior de la base del cráneo (Figuras 7-9 y 7-10). Cuando se ve por debajo parece una mariposa. Actúa como un ancla manteniendo todos los huesos craneales juntos. El hueso etmoides es la principal estructura de soporte de las cavidades nasales y ayuda a formar parte de las órbitas. Es el más ligero de todos los huesos craneales (Figuras 7-9 y 7-10). Los seis osículos auditivos son los tres huesos que encontramos en cada oído (Figura 7-8B): el martillo, o maleolo el estribo y el yunque. Estos huesos pequeños están altamente especializados en su estructura y fun-

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ción, además se encuentran involucrados en la excitación de los receptores auditivos. Los huesos wormianos o huesos suturales se ubican entre las suturas de los huesos craneales. Varían en número, son pequeños y de forma irregular, y nunca se incluyen en el número total de huesos del cuerpo. Se forman como resultado de la osificación intramembranosa de los huesos craneales.

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™ podrás encontrar un juego interactivo en donde indiques los huesos del cráneo.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Hueso frontal

Sutura coronaria

Hueso parietal

Hueso esfenoides

Hueso etmoidal Hueso temporal Hueso nasal Hueso cigomático Hueso lagrimal

Vómer

Cornete nasal medio

Maxilar

Mandíbula

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Cornete nasal inferior

FIGURA 7-10. Los huesos faciales.

Los huesos faciales Al igual que los huesos del cráneo, los huesos faciales están unidos por suturas inamovibles, con una excepción: la mandíbula inferior. Este hueso es capaz de moverse en ciertas direcciones. Puede elevarse y deprimirse cuando hablamos, y se puede retraer o acercar y cambiar de lado a lado cuando masticamos. Los dos huesos nasales son huesos delgados y delicados que se unen en una sutura para formar el puente de la nariz (Figura 7-10).

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Los dos huesos palatinos forman la parte posterior del techo de tu boca, lo que es el paladar duro. Esta región es la misma que el piso de la cavidad nasal. Las extensiones superiores de los huesos palatinos ayudan a formar las paredes exteriores de la cavidad nasal. Los dos huesos maxilares componen la mandíbula superior (Figura 7-10). Cada hueso maxilar consiste de cinco partes: el cuerpo, proceso cigomático, proceso frontal, proceso palatino y proceso alveolar. El gran cuerpo de los maxilares forma parte del piso y pared exterior de la cavidad nasal, gran parte del piso de la órbita

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

y de la cara anterior de la sien. El cuerpo está cubierto por un número de músculos fasciales y contiene un seno maxilar grande ubicado de manera lateral a la nariz. El proceso cigomático se extiende lateralmente para participar en la formación de la mejilla. (Los procesos se nombran de acuerdo al hueso al que se dirigen; por lo tanto, el proceso cigomático del hueso maxilar se dirige al cigomático para unirlo.) El proceso frontal se extiende hacia arriba, o hacia el hueso frontal o frente. El proceso palatino se extiende posteriormente en un plano horizontal para unir o articularse con el hueso palatino, y en realidad forma la porción anterior mayor del paladar superior o techo de la boca. El proceso alveolar porta los dientes de la mandíbula superior, y cada diente se encuentra embebido en un alveolo. Los dos huesos maxilares se unen en la sutura intermaxilar. Esta fusión se completa justo después del nacimiento, si los dos huesos no se unen para formar una estructura continua, resulta en un defecto conocido como paladar hendido que usualmente está asociado al labio leporino. Con las técnicas quirúrgicas de hoy en día, el defecto puede ser reparado poco después del nacimiento. Los dos huesos cigomáticos, también conocidos como huesos malares, forman las prominencias de las mejillas y descansan sobre los maxilares (Figura 7-10). Sus procesos maxilares unen el hueso maxilar al conectarse con el proceso cigomático del hueso maxilar. Cada hueso cigomático tiene un proceso frontal y un proceso temporal pequeño que se une de manera lateral con el hueso temporal, formando el arco cigomático fácilmente identificable. Los dos huesos lagrimales componen parte de la órbita en el ángulo interior del ojo (Figura 7-10). Estos huesos pequeños y delgados yacen directamente detrás del proceso frontal de los maxilares. Su superficie lateral tiene una depresión, o fosa, que sostiene los sacos lagrimales y provee un canal para el ducto lagrimal. Las lágrimas son dirigidas desde este punto, hacia el meato inferior de la cavidad nasal, una vez que han limpiado y lubricado el ojo. Los dos cornetes nasales son muy delgados y frágiles (Figura 7-10). Existe uno en cada fosa nasal en la porción lateral. Se extienden hacia la porción del septo, pero no se fusionan. Forman una serie de repisas en la cavidad nasal, donde el aire se humedece, calienta y filtra. El vómer es un hueso plano que compone la porción inferior del septo nasal (Figura 7-10). El hueso mandibular se desarrolla en dos partes. El cartílago que interviene en su desarrollo se osifica en la niñez, y una vez osificado se fusiona en una sola estructura continua. Es el hueso más largo y fuerte de la cara (Figura 7-10). Consiste de un cuerpo en forma de U con procesos alveolares que portan los dientes de la mandíbula inferior (justo como el hueso maxilar porta los dientes en sus procesos alveolares). A cada lado del cuerpo en forma de U, se encuentran los ramos que se extienden perpendicularmente en dirección superior.

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Cada ramo tiene un cóndilo para su articulación con la fosa mandibular del hueso temporal, permitiendo el amplio margen de movimiento de la mandíbula inferior (Figura 7-9).

Las órbitas Las órbitas son las dos cavidades profundas en la porción superior de la cara que protegen los ojos. Varios huesos del cráneo contribuyen a su formación. Observa la Figura 7-10 para analizar estos huesos. Cada órbita consiste de los siguientes huesos: Área de la órbita

Huesos que participan

Techo

Frontal, esfenoides

Piso

Maxilar, zigomático

Pared lateral

Cigomático, ala mayor del esfenoides

Pared media

Maxilar, lagrimal, etmoides

Las cavidades nasales El marco de la nariz que rodea las dos fosas nasales se localiza en el centro de la cara, entre el paladar duro en su parte inferior, y el hueso frontal en su parte superior. La nariz consta de los siguientes huesos (Figura 7-10): Área de la nariz

Huesos que participan

Techo

Etmoides

Piso

Maxilar, palatino

Pared lateral

Maxilar, palatino

Septo o pared media

Etmoides, vómer, nasal

Puente nasal

Nasal

El foramen del cráneo Si uno observa la parte inferior del cráneo y se fija en el piso de la cavidad craneal, se puede ver el foramen más grande del cráneo, el foramen magno. También se pueden observar otras aperturas pequeñas que penetran los huesos individuales del cráneo. Todos tienen nombres y son las vías de paso para los vasos sanguíneos y nervios que entran y salen de distintos órganos del cerebro.

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152

CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

El hueso hioide El hueso hioide es un componente único del esqueleto axial porque no tiene articulación con otros huesos (Figura 7-11). En contadas ocasiones se ve como parte de un esqueleto articulado en algún laboratorio. En realidad, está suspendido del proceso estiloide del hueso temporal mediante dos ligamentos estiloides. De manera externa, puedes detectar su posición en el cuello, justo arriba de la laringe a cierta distancia de la mandíbula. Tiene la forma de una herradura, consistiendo en un cuerpo central con dos proyecciones laterales. Las proyecciones largas son los cuernos mayores y las laterales de menor tamaño, son los cuernos menores. El hueso hioide actúa como un soporte para la lengua y sus músculos asociados. También ayuda a elevar la laringe durante la deglución o durante el habla.

¿Cómo estudiar los huesos del cráneo? Cuando estamos aprendiendo los diferentes huesos del cráneo, uno de los mejores métodos es analizar las placas de colores en tu libro de texto, donde a cada hueso se le da un color diferente. Observa la Figura 7-10, la vista anterior del cráneo, y la Figura 7-9, vista lateral del cráneo. Una vez que tengas idea de la ubicación de estos huesos, usa un modelo de cráneo humano (ya sea real o una reproducción en plástico) y busca las suturas como guía. Recuerda que en un cráneo real, entre más viejo sea menos obvias serán las suturas. Conforme envejecemos, las suturas tienden a desaparecer o a desvanecerse. Las placas de colores te ayudarán a reconocer en dónde están localizados los huesos del cráneo.

cada médula espinal contenida entre sus canales articulados formados por una sucesión de agujeros. La columna vertebral se forma por una serie de 26 huesos irregulares llamados vértebras, separados y protegidos por los discos intervertebrales de cartílago. Una vértebra típica tiene las siguientes características (Figura 7-12): el cuerpo es una porción anterior gruesa en forma de disco, perforada por numerosos agujeros para el paso de los vasos sanguíneos al hueso. El arco neural delimita un espacio, el foramen neural o vertebral, por donde pasa la médula espinal. El arco tiene tres procesos para la unión muscular: el proceso espinoso, bastante largo en las vértebras torácicas, dirigido a la porción posterior, y dos procesos transversales, uno a cada lado de las vértebras. Los articulares se usan para unirse con la vértebra inmediatamente superior por medio de los dos procesos articulares superiores, y con la vértebra inmediatamente inferior usando los dos procesos articulares inferiores. El arco vertebral se compone de dos porciones en cada lado, los pedículos ubicados arriba y debajo para el paso de los nervios desde y de la médula espinal, y la lámina, que forma la pared posterior de la columna vertebral. Observa la Figura 7-13 para analizar distintas vistas de la estructura de la columna vertebral. Existen siete vértebras cervicales, 12 vértebras torácicas y cinco vértebras lumbares. Todas permanecen separadas por el resto de nuestras vidas, lo cual hace que tengan cierto movimiento. Además hay cinco vértebras sacrales que se fusionan en la vida adulta para formar el sacro. Existen cuatro vértebras coccígeas, que se unen firmemente para formar el cóccix. Estos dos últimos huesos, el sacro y el cóccix, son fijos, por eso se dice que las vértebras son 26 en lugar de 33.

El torso o tronco El esternón, las costillas y las vértebras componen el tronco o torso del esqueleto axial. Las vértebras son rígidas y proveen soporte al cuerpo, pero los discos fibrocartilaginosos entre las vértebras permiten un mayor grado de flexibilidad. Los discos y las vértebras protegen la deli-

Cuerpo

Anterior

Foramen vertebral

Pedículo

Asta mayor

Proceso transversal

Cuerpo

Hueso hioides (vista anterior)

FIGURA 7-11. El hueso hioides (vista anterior).

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Arco vertebral (dos pedículos y dos láminas) Proceso espinoso Posterior Vista superior

© Delmar/Cengage Learning

Asta menor

© Delmar/Cengage Learning

Lámina

FIGURA 7-12. Las características de las vértebras típicas.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Atlas Eje

C1

C1

C2

C2 C3 C4 C5 C6 C7

Vértebra cervicales

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Primera vértebra cervical (atlas) Segunda vértebra cervical (eje)

Región cervical (curvada anteriormente)

T1 T2

Primera vértebra torácica

T3 T4 T5 T6

Vértebras torácicas

T7 Discos intervertebrales

Región torácica (curvada posteriormente)

T8 T9 T10 T11

Discos intervertebrales

T12 L1 Primera vértebra lumbar L2 L3

Vértebras lumbares

Región lumbar (curvada anteriormente)

Proceso transversal

L4

Proceso espinoso

L5

Cóccix (vértebra coccígea fusionada)

Regiones del sacro y del cóccix (curvadas posteriormente)

Sacro

Cóccix

Vista anterior

(A)

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Sacro (vértebras sacrales fusionadas)

FIGURA 7-13. (A) La columna vertebral, vista anterior. (B) La columna vertebral, vista lateral.

Las vértebras cervicales son las más pequeñas. Las primeras dos tienen nombres especiales (Figura 7-14). La primera se conoce como atlas (nombrada en honor a Atlas, quien en la mitología griega sostenía el mundo); da soporte a la cabeza por medio de su articulación con los cóndilos del hueso occipital. La segunda vértebra es el eje; actúa como el pivote sobre el cual rotan el atlas y la cabeza. Las vértebras torácicas tienen dos caracterís-

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ticas distintivas: un proceso espinoso largo que apunta en dirección inferior, y seis articulaciones facetarias, tres a cada lado para su articulación con una costilla. Las vértebras lumbares son las más grandes y fuertes. Están modificadas para la unión con los músculos poderosos de la espalda. El sacro es un hueso ligeramente curvo y triangular. El cóccix se puede mover ligeramente para incrementar el tamaño del canal del parto en la mujer.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Superficie articular que soporta el cráneo Anterior Proceso transversal

Posterior

Agujero transversal (A) Vista superior del atlas (C1) Proceso odontoide (dens)

Cuerpo

Proceso transversal

Proceso espinoso (B) Vista posterior- superior del eje (C2)

© Delmar/Cengage Learning

Agujero transversal

FIGURA 7-14. (A) Vista superior del atlas (C1) y (B) vista posterior-superior del eje (C2).

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

TRASTORNOS DE LA COLUMNA

Las curvaturas normales de la columna se pueden exagerar como resultado de una lesión, mala postura corporal, o enfermedad (Figura 7-15). Cuando la curva posterior de la columna se acentúa en la región torácica superior, la condición se denomina cifosis. Esto resulta en lo que comúnmente conocemos como joroba. Es particularmente común en los individuos mayores debido a la osteoporosis. También puede originarse por tuberculosis espinal, osteomalacia o raquitismo. La lordosis es una curvatura lumbar anormalmente acentuada. También puede ser el resultado del raquitismo o de la tuberculosis espinal. La lordosis temporal es común en hombres con sobrepeso y mujeres embarazadas, que llevan sus hombros hacia atrás para preservar su centro de gravedad, acentuando la curvatura lumbar. La escoliosis es una curvatura lateral anormal de la espina que ocurre con mayor frecuencia en la región torácica. En las mujeres puede ser común en la adolescencia, pero las condiciones más severas resultan de estructuras vertebrales anormales, como extremidades inferiores de distintas longitudes, o parálisis muscular en un lado del cuerpo. Los casos severos pueden ser tratados con frenos corporales o con cirugía antes de que el crecimiento óseo se detenga.

Además de proveer protección a la médula espinal y de dar soporte al cuerpo, la columna vertebral también se construye para resistir fuerzas de compresión muchas veces mayores al peso del cuerpo. Los discos intervertebrales fibrocartilaginosos actúan como amortiguadores

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para que después de aterrizar sobre tus pies después de un salto o caída, las vértebras no se fracturen. La anestesia epidural generalmente se inyecta en la región lumbar inferior durante el parto.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

155

B.

C.

FIGURA 7-15. Curvaturas anormales de la columna: (A) cifosis; (B) lordosis; (C) escoliosis.

Gladiolo, cuerpo

Proceso cifoide

© Delmar/Cengage Learning

A.

© Delmar/Cengage Learning

Manubrio

FIGURA 7-16. El esternón, vista anterior.

El tórax El tórax, o caja torácica, se compone del esternón, los cartílagos costales, costillas y los cuerpos de las vértebras torácicas. Esta caja ósea encierra y protege al corazón y los pulmones. También brinda soporte a los huesos del cinturón escapular y a los huesos de las extremidades superiores.

de manera indirecta. Debido a que el 11o. y 12o. par de costillas no tienen cartílago y no se unen de manera anterior, estas costillas “falsas” tienen otro nombre, costillas flotantes. Por supuesto, todas las costillas se unen por la parte posterior a las vértebras torácicas.

El esternón

EL ESQUELETO APENDICULAR

El esternón (Figura 7-16) se desarrolla en tres partes: el manubrio, el gladiolo y el proceso xifoides. El esternón tiene la apariencia de una espada, donde el manubrio sería el mango de la espada, el gladiolo el cuerpo, y el proceso xifoides la punta de la espada. El xifoides no tiene unión con las costillas, pero el manubrio y el gladiolo presentan muescas a cada lado para su unión con los primeros siete cartílagos costales. El manubrio se articula con la clavícula (Figura 7-17). Entre estos dos puntos de unión se encuentra la muesca supraesternal o yugular, que se puede palpar fácilmente a través de la piel. El diafragma y los músculos abdominales rectales se unen al proceso xifoides.

Los huesos de las extremidades superiores

Las costillas Tenemos 12 pares de costillas (Figura 7-17). Se nombran de acuerdo a sus uniones anteriores. Debido a que los siete pares superiores se articulan directamente con el esternón, se conocen como costillas verdaderas. Los cinco pares inferiores son las costillas falsas. Los cartílagos costales del 8o., 9o. y 10o. pares de costillas se unen al cartílago de la 7a. costilla, por lo que unen al esternón

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Los huesos de las extremidades superiores incluyen los huesos de la cintura escapular, los brazos, antebrazos, muñeca, mano y dedos. Los huesos de la cintura escapular son la clavícula y la escápula. La clavícula es un hueso largo y delgado ubicado en la raíz del cuello, justo por debajo de la piel y anterior a la primera costilla. La terminación media se articula con el manubrio del esternón, y la terminación lateral con el proceso acromial de la escápula. La escápula es un hueso triangular grande y plano que se encuentra en la porción dorsal del tórax, y cubre el área de la segunda a la séptima costilla (Figura 7-18). Otras proyecciones en la escápula son el proceso coracoide, que funciona como un punto de unión para los músculos que mueven el brazo, y la fosa glenoidea, que recibe la cabeza del húmero y ayuda a mover la articulación del hombro. El húmero es el hueso más grande y largo del brazo superior (Figura 7-19). Su cabeza es redonda y se une al resto del hueso por su cuello anatómico. La parte superior tiene dos prominencias, los tubérculos mayor y menor,

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Muesca supraesternal o yugular

Clavícula

Costillas verdaderas (1-7)

Esternón

© Delmar/Cengage Learning

11 12

Costillas falsas (8-12)

Cartílago costal

Costillas flotantes (11 y 12)

FIGURA 7-17. Caja torácica, vista anterior.

Lateral

Medio

Medial

Lateral

Acromion (proceso acromial)

Proceso coracoides Proceso coracoides

Fosa glenoidea

Cuerpo Proceso espinoso

Borde axilar

(A) Escápula derecha, vista anterior

(B) Escápula derecha, vista posterior

© Delmar/Cengage Learning

Borde vertebral

Borde axilar

FIGURA 7-18. Escápula. (A) Vista anterior. (B) Vista posterior.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Cuello anatómico Tubérculo mayor

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Cabeza Tubérculo menor Cuello quirúrgico

Cuello anatómico Cuello quirúrgico

Surco intertubercular (bicipital)

Surco radial Tuberosidad deltoidea

Fosa radial Epicóndilo lateral

Fosa coronoides

Cresta supracondilar medial

Epicóndilo medial

Fosa de olécranon Epicóndilo lateral

Capítulo Tróclea

Tróclea (A)

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Cresta supracondilar lateral

FIGURA 7-19. El húmero derecho. (A) Vista anterior. (B) Vista posterior.

que funciona como puntos de inserción de muchos músculos en la extremidad superior. El cúbito es el hueso medial más largo del antebrazo (Figura 7-20). Su eje es triangular, y su terminación distal se conoce como cabeza. En su terminación proximal encontramos el proceso oleocrano o codo. Cuando se golpea este punto, los nervios se presionan, causando un hormigueo, lo que le da el nombre común del “hueso de la risa”. El radio es el hueso lateral más corto del antebrazo. Se une a la ulna por una membrana interósea que atraviesa el área entre los ejes de ambos huesos. Se mueven como uno solo. Los procesos estiloides del radio se articulan con algunos huesos de la muñeca. Los huesos de la muñeca se llaman carpales (Figura 7-21). Se arreglan en dos filas de cuatro cada una. En

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la fila proximal, de medial a lateral encontramos los pisiformes, piramidales, lunares y escafoides, también conocidos como naviculares. En la fila distal, de medial a lateral encontramos los huesos ganchoso, capitales, trapezoide o multiangular menor y el trapecio, o multiangular mayor. La palma de la mano se compone de cinco huesos metacarpales (Figura 7-21). Estos son huesos pequeños y largos, cada uno con una base, un eje y una cabeza. Irradian fuera de los huesos de la muñeca como los rayos de una rueda. Cada uno se articula con la falange proximal de un dedo. Cada dedo, exceptuando el pulgar, tiene tres falanges: una proximal, una media, y una terminal o distal. El pulgar sólo presenta una falange proximal y una distal.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Olécranon Cabeza del radio

Cabeza del radio

Articulación proximal radio-cúbito

Cuello del radio

Cuello del radio

Tuberosidad radial

Tuberosidad radial

Cúbito

Radio

Articulación distal radio-cúbito Proceso estiloide del radio

Proceso estiloide del radio

Proceso estiloide del cúbito (A)

(B)

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Radio

FIGURA 7-20. Radio y cúbito derechos. (A) Vista anterior. (B) Vista posterior.

Los huesos de las extremidades inferiores Los huesos de las extremidades inferiores incluyen el cinturón pélvico, que proporciona soporte al tronco y provee unión a las piernas. Consiste en un par de huesos de la cadera, o huesos coxales. Cada hueso coxal consiste de tres partes fusionadas: el ilion, el isquion y el pubis. Otros huesos de las extremidades inferiores incluyen el fémur, la rótula, tibia, peroné, tarsos, metatarsos, pies y talones. La cintura pélvica se compone de dos huesos coxales que se articulan entre sí por la parte anterior, en la sínfisis púbica. Por la parte posterior se articulan con el sacro. Este anillo óseo se conoce como pelvis.

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El ilion es la porción más larga y superior del hueso de la cadera. Forma la prominencia expandida de la cadera superior o la cresta iliaca. En las mujeres suele ser más amplia que en los hombres. Su cresta se proyecta hacia la espina iliaca anterior superior, y la espina iliaca inferior anterior (Figura 7-22). El isquion es la porción más fuerte del hueso de la cadera, se dirige ligeramente hacia la parte posterior. Su borde curvo se ve, de manera frontal, como el margen más bajo de la pelvis. Posee una tuberosidad isquial redondeada y gruesa, sobre la que nos sentamos, y que por ende, soporta el peso del cuerpo en esta posición. El pubis es superior, y ligeramente anterior al isquion. Entre el pubis y el isquion se encuentra

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

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Falange distal Falanges Falange media

Falange proximal

Metacarpos

Huesos del carpo

Pisiforme

Trapecio

Piramidal

Trapezoide

Lunar

Capital Escafoides/navicular

Cúbito

Radio

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Ganchoso

FIGURA 7-21. Los huesos de las manos y la muñeca.

un gran foramen obturador. Éste es el agujero más grande del cuerpo, y permite el paso de nervios, vasos sanguíneos y tendones. En la porción lateral de la cadera, justo encima del foramen obturador, se encuentra una cápsula profunda llamada acetábulo. Las tres partes del hueso pélvico se unen en esta cápsula. También recibe la cabeza del fémur para ayudar a formar la articulación de la cadera. El fémur es el hueso más largo y pesado del cuerpo (Figura 7-23). Este hueso grande de la parte superior de la pierna no se encuentra en una línea vertical con el eje del cuerpo erecto. En realidad, posee un diseño único

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que le permite soportar y distribuir el peso del cuerpo. Se encuentra ubicado en un ángulo, ligeramente hacia abajo y hacia dentro, para que los dos fémures tomen la apariencia de una gran letra V (Figura 7-6). Su extremidad superior posee una gran cabeza que se ensambla en el acetábulo del hueso pélvico, mediante un cuello anatómico. Su porción inferior se amplía en un gran cóndilo lateral, y un cóndilo medio aún más grande. Se articula de manera distal con la tibia. La rótula es el hueso sesamoideo más grande. Es ligeramente plana y triangular, yace en el frente de la articulación de la rodilla, y se encuentra envuelta por

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Cresta iliaca

Ilion

Espina iliaca superior anterior Fosa iliaca

Espina iliaca inferior anterior

Pubis

Espina isquial Cuerpo del pubis

Isquion

Acetábulo

Tuberosidad isquial

Foramen obturador

(A)

Hueso coxal derecho, vista media

Sacro

Articulación sacroiliaca Ilion

Coxa Pubis Acetábulo Sínfisis del pubis

(B)

Foramen obturador

Isquion

© Delmar/Cengage Learning

Espina iliaca anterior superior

FIGURA 7-22. (A) Hueso de la cadera derecha, vista media. (B) Vista anterior de la pelvis.

los tendones del músculo del cuadriceps femoral. Su única articulación es con el fémur. Es un hueso movible, e incrementa el poder de palanca de los músculos que enderezan la rodilla. La tibia es el hueso más largo de los dos huesos que forman la parte inferior de la pierna (Figura 7-24). También se conoce como espinilla. Los cóndilos redondeados

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del fémur, descansan sobre el cóndilo plano ubicado en el extremo proximal de la tibia. La fíbula, también se conoce como peroné. En proporción a su longitud, es el cuerpo óseo más delgado del cuerpo. Yace en paralelo a la tibia. No se articula con el fémur, pero se une al extremo proximal de la tibia mediante su cabeza.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

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Cuello

Cabeza

Trocánter mayor

Trocánter menor

Foramen nutritivo Línea áspera

Epicóndilo medial

Epicóndilo lateral

Cóndilo medial

Cóndilo lateral

(A)

(B)

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Eje

FIGURA 7-23. El fémur. (A) Vista anterior. (B) Vista posterior.

Los huesos del tobillo se conocen como huesos del tarso (Figura 7-25). Los siete huesos del tarso son cortos y se asemejan a los huesos del carpo de la muñeca, pero son de mayor tamaño. Se organizan en la parte delantera y trasera del pie. Los huesos del tarso del retropié son el calcáneo, que es el hueso más largo y forma el talón, el astrágalo, o tobillo, el navicular, y el cuboides. Debido a que el calcáneo o tobillo, recibe todo el peso del cuerpo al caminar, se ha desarrollado como el hueso del tarso con mayor tamaño. Los huesos del tarso de la parte delantera del pie, son medial (I), intermedio (II), y cuneiformes laterales (III). El resto de los huesos de la parte delantera del pie son los metatarsos y las falanges. Existen cinco huesos metatarsos en esta parte. Cada uno se clasifica como un hueso largo, en base a su forma, y cada uno tiene un eje y una cabeza. Las cabezas, en las porciones distales de los metatarsos, forman lo que conocemos como la punta de los dedos. Las bases del primero, segundo y tercer meta-

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tarsos, se articulan con los tres cuneiformes; el cuarto y el quinto metatarsos se articulan con el cuboides. Los músculos intrínsecos de los dedos se unen a los ejes de los metatarsos. El primer metatarso es el más largo debido a que soporta el peso durante la caminata. Las falanges de los huesos se clasifican como huesos largos, a pesar de su corta extensión, porque poseen una base, un eje y una cabeza (Figura 7-25B). Tienen el mismo arreglo que las falanges de los dedos. Existen dos falanges en el dedo gordo del pie, proximal y distal. La parte proximal es grande debido a que soporta el peso cuando caminamos. Los otros cuatro dedos tienen tres falanges, proximal, medial y distal.

EL ARCO DEL PIE Los huesos del pie se arreglan en una serie de arcos que le permiten al pie resistir el peso de nuestro cuerpo cuando estamos parados, además de servir de palanca

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Tuberosidad tibial Cóndilo lateral

Cóndilo lateral

Cóndilo medial

Cabeza

Tibia

Maleolo medial Maleolo lateral

Maleolo lateral (A)

(B)

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Fíbula

Fíbula

FIGURA 7-24. La tibia y la fíbula. (A) Vista anterior. (B) Vista posterior.

cuando caminamos. Existen dos arcos longitudinales y uno transversal. El arco longitudinal medio se forma por los huesos calcáneo, astrágalo, navicular, los tres cuneiformes y los tres metatarsos mediales. Éste es el arco más grande del pie y se puede notar con facilidad. El arco longitudinal lateral es mucho más bajo y logra su forma mediante la unión de los huesos calcáneo, cuboides y los

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dos metatarsos laterales. El arco transversal es perpendicular a los arcos longitudinales y es más pronunciado en la base de los metatarsos. El término pie plano, indica una disminución en la altura de los arcos longitudinales. En algunos individuos causa dolor y puede ser hereditario, o ser el resultado de una debilitación de los músculos del pie.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

Fíbula

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Tibia

Astrágalo Navicular Segundo cuneiforme Tercer cuneiforme Metatarso II Falanges

Cuboides Calcáneo

Base

Eje

Cabeza

(A)

Falanges Falange distal Falange media Falange proximal Huesos del metatarso

Primer cuneiforme Segundo cuneiforme Tercer cuneiforme Cuboides

Huesos del tarso

Navicular

Calcáneo

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Astrágalo

FIGURA 7-25. (A) Tobillo y pie derecho, vista lateral. (B) Tobillo y pie derecho, vista superior.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE Conforme envejecemos, se forma menos matriz proteica en nuestro tejido óseo, acompañado de una pérdida de sales de calcio. Los huesos se debilitan y tienden a romperse con mayor facilidad en los adultos mayores. Éstos también desarrollan menor flexibilidad en el esqueleto debido a la disminución en la colágena que se encuentra en los tendones de tejido conectivo que conectan los huesos a los músculos, y a los ligamentos, que conectan los huesos entre sí. Por lo tanto, conforme envejecemos, debemos ser más conscientes de nuestra dieta e incluir alimentos que contengan calcio. El ejercicio regular también ayuda a mantener los huesos y tejidos saludables. Caminar es una excelente manera de ejercitar huesos y músculos. ¿Es verdad que nos “encogemos” cuando envejecemos? La disminución de tamaño se debe a un adelgazamiento de los discos intervertebrales en la columna espinal. Empezando alrededor de los 40 años, los individuos pueden perder cerca de media pulgada de altura cada 20 años debido a la pérdida de proteínas en los discos.

Campo

PROFESIONAL

Exii Existen muchas áreas profesionales disponibles para los individuos interesados en estudiar es stu el sistema esquelético. ● E Entrenadores atléticos. Proveen una guía para desarrollar músculos y huesos,

para mejorar la agilidad, verse bien, o como entrenamiento deportivo. ● Quiroprácticos. Los quiroprácticos completan al menos dos años de estudios

médicos, seguidos de cuatro años en una escuela certificada en quiropráctica, aprenden a manipular mecánicamente la columna vertebral como un método para mantener un sistema nervioso saludable. ● Desarrolladores de prótesis son las personas que crean extremidades artifi-

ciales. ● Ortopedistas son los médicos especializados en prevenir y corregir trastornos

del esqueleto, articulaciones y músculos. También existen carreras para ser enfermeros ortopédicos. ● Ortesistas son los individuos que diseñan, crean y ajustan frenos u otros aparatos

ortopédicos prescritos por un médico. ● Paramédicos o técnicos en emergencias médicas se pueden especializar en

tratamientos de trastornos del sistema esquelético, como fracturas óseas.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

SISTEMAS CORPORALES TRABAJANDO JUNTOS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS: EL SISTEMA ESQUELÉTICO

Sistema tegumentario ● La vitamina D se produce en la piel, mediante la exposición a los rayos UV. ● Promueve la absorción del calcio en los huesos, para la formación de huesos y dientes. Sistema muscular ● Mediante sus tendones, los músculos jalan a los huesos, llevando a cabo el movimiento. ● El calcio de los huesos es necesario para que ocurra la contracción muscular. Sistema nervioso ● Los huesos del cráneo protegen al cerebro, las vértebras y discos intervertebrales protegen la médula espinal. ● Los receptores del dolor monitorean los traumas que ocurren a los huesos. ● El calcio de los huesos es necesario para la transmisión nerviosa. Sistema endocrino ● La hormona calcitonina induce el almacenamiento de calcio en los huesos. ● La hormona parathormona origina la liberación del calcio a partir del hueso. ● La hormona del crecimiento, secretada por la pituitaria anterior, afecta el desarrollo del hueso.

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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Sistema cardiovascular ● Las células sanguíneas transportan oxígeno y nutrientes a las células óseas y se llevan el dióxido de carbono y los productos de desecho. ● El calcio de los huesos es necesario durante la coagulación sanguínea y para el funcionamiento normal del corazón. Sistema linfático ● La médula ósea roja produce linfocitos, que funcionan en nuestra respuesta inmunológica. Sistema digestivo ● El calcio, necesario para el desarrollo de la matriz ósea, es absorbido en el intestino a partir de la ingesta alimenticia. ● El exceso de calcio puede ser eliminado mediante los intestinos. Sistema respiratorio ● El oxígeno llega al cuerpo gracias al sistema respiratorio, y es transportado por la sangre, para que llegue a las células óseas y ocurra el proceso de respiración bioquímica. ● Las costillas, junto con los músculos intercostales y el diafragma, permiten el movimiento de la respiración. Sistema urinario ● Los riñones ayudan a regular los niveles de calcio en sangre. ● El exceso de calcio puede ser eliminado a través de los riñones. Sistema reproductivo ● Los huesos son una fuente rica en calcio durante la lactancia. ● La pelvis ayuda a soportar el útero y al feto en desarrollo durante el embarazo en la mujer.

ENFERMEDADES DEL SISTEMA ESQUELÉTICO

OSTEOPOROSIS La osteoporosis es un trastorno del sistema esquelético caracterizado por una disminución en la masa ósea, acompañada de un incremento en la susceptibilidad a las fracturas óseas. Esto resulta de una disminución en los niveles de estrógeno que ocurre después de la menopausia en las mujeres, y en hombres y mujeres cuando se envejece. Los estrógenos ayudan a mantener el tejido óseo saludable al estimular a los osteoblastos para formar hueso nuevo. La osteoporosis ocurre con mayor frecuencia en las mujeres de edad media y avanzada, pero también puede afectar a adolescentes que no mantienen una dieta balanceada, personas con alergias a productos lácteos, y cualquier persona con un trastorno alimenticio. La masa ósea disminuye de tal forma que el esqueleto no puede soportar el estrés mecánico diario. Las fracturas óseas son comunes, incluso a partir de actividades de la vida cotidiana. Esta enfermedad es responsable de la pérdida de altura, jorobas y dolor en los individuos mayores. Una dieta adecuada y el ejercicio pueden prevenir la osteoporosis. (continúa)

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

ENFERMEDADES DEL SISTEMA ESQUELÉTICO (continuación)

ENFERMEDAD DE PAGET La enfermedad de Paget es una enfermedad no metabólica común cuya causa desconocemos. Generalmente afecta a individuos de edad media y avanzada. Los síntomas incluyen un engrosamiento irregular y un ablandamiento de los huesos. Hay una excesiva destrucción de huesos y una desorganizada separación de éstos. Las áreas afectadas son cráneo, pelvis y extremidades. El tratamiento incluye una dieta alta en proteínas y calcio, acompañada de un ejercicio regular y de bajo impacto.

GIGANTISMO El gigantismo es el resultado de una osificación endocondral excesiva en las placas epifisarias de los huesos largos. Esto tiene como resultado extremidades anormalmente largas, dándole al individuo afectado la apariencia de un “gigante” muy alto.

ENANISMO El enanismo es la condición opuesta al gigantismo, y resulta de una osificación inadecuada en las placas epifisarias de los huesos largos. Esto resulta en un individuo anormalmente pequeño. Esta condición no debe confundirse con el enanismo genético.

ESPINA BÍFIDA La espina bífida es un defecto congénito en el desarrollo del arco vertebral posterior en donde la lámina no se une en la línea media. Es un trastorno relativamente común. Puede ocurrir con sólo una pequeña lámina deformada, o puede estar asociada a la ausencia completa de la lámina, causando que los contenidos del canal espinal se expongan en la parte posterior. Si la condición no involucra herniación de las meninges o contenidos del canal espinal, no se requiere tratamiento.

DISCO HERNIADO Un disco herniado es la ruptura del fibrocartílago que rodea un disco intervertebral que amortigua las vértebras inferiores y superiores en su posición. Esto produce presión en la raíz de los nervios espinales, causando dolor y daño severo. Con frecuencia, esta condición ocurre en la región lumbar. Esta condición ocurre más frecuentemente en la región y también se conoce como disco patinado. El tratamiento puede incluir reposo prolongado para promover que sane o bien la cirugía para remover el disco dañado.

PALADAR HENDIDO Y LABIO LEPORINO El paladar hendido, más común en las mujeres, ocurre cuando los procesos palatinos de los huesos maxilares no se fusionan apropiadamente, resultando en una apertura entre las cavidades oral y nasal (Figura 7-26). Una persona con esta condición no puede hablar con claridad y tiene dificultades para comer o beber. Un niño que nace con esta condición puede ser tratado con cirugía para repararla; por lo tanto, es raro ver esta condición en los países desarrollados. El labio leporino, más común en los hombres, ocurre cuando los huesos maxilares no se forman normalmente, produciendo una hendidura en el labio superior. El tratamiento se da por cirugía en la infancia. Un niño puede nacer al mismo tiempo con paladar hendido y labio leporino.

OJO MORADO Un ojo morado se origina por un golpe en la cresta supraorbital, que cubre el seno frontal. Esto resulta en una laceración de la piel acompañada de sangrado. El líquido tisular y la sangre se acumulan en el tejido conectivo alrededor del párpado. Esta hinchazón, hematoma y decoloración producen el ojo morado, también llamado equimosis periorbital o moretón.

TABIQUE DESVIADO Un tabique desviado se desarrolla cuando el tabique nasal se mueve hacia la izquierda (generalmente) durante el crecimiento. Puede agravarse por un golpe fuerte al área nasal. Las desviaciones serias

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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ENFERMEDADES DEL SISTEMA ESQUELÉTICO

pueden interferir con el flujo nasal, causando sangrados frecuentes, o dolor de cabeza y falta de aliento. Estas desviaciones pueden ser reparadas con cirugía.

SINUSITIS La sinusitis es la inflamación de uno o más senos paranasales: el frontal, etmoides, esfenoidal, y/o maxilar. Esta inflamación e hinchazón de la membrana mucosa bloquea el drenaje de los senos a la nariz, resultando en la acumulación de materiales de drenaje que ocasionan presión, dolor y dolor de cabeza. Esta condición puede deberse a varios factores, que incluyen infecciones, reacciones alérgicas y cambios en la presión atmosférica, como al tomar un avión o al bucear. Los tratamientos incluyen antibióticos, descongestionantes, analgésicos y cirugía para ayudar a drenar en los individuos que presentan sinusitis crónica.

WHIPLASH Una lesión por latigazo del cuello afecta las vértebras cervicales así como los músculos y ligamentos asociados. Es originada por un movimiento violento, donde la cabeza y el cuello van hacia atrás y hacia delante, como se experimenta en un choque o en lesiones atléticas. Origina dolor y rigidez severas en la región del cuello y puede producir fracturas del proceso espinoso de las vértebras cervicales, así como el desgarre de ligamentos, tendones y músculos en esta área.

ACROMEGALIA La acromegalia es una condición crónica causada por la hiperactividad de la pituitaria anterior, dando como resultado una secreción excesiva de la hormona del crecimiento (Figura 7-27). Produce crecimiento y grosor excesivos en los huesos de las manos, cara, mandíbula y pies, así como un alargamiento del tejido acompañante. Las complicaciones que se desarrollan incluyen enfermedades cardiacas, hipertensión, exceso de azúcar en sangre y aterosclerosis (placas de colesterol en las arterias). El tratamiento puede incluir radiación o remoción quirúrgica de parte de la pituitaria.

CLAVÍCULA FRACTURADA

FIGURA 7-26. Paladar hendido.

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Proporción normal

© Delmar/Cengage Learning

Cortesía del Dr. Joseph Konzelman, Facultad de Odontología, Colegio Médico de Georgia

La clavícula fracturada representa la ruptura ósea más común del cuerpo. Puede ocurrir a partir de una caída donde uses tu brazo como amortiguador, o a partir de una fuerza excesiva sobre el tórax anterior, como ocurre en un accidente automovilístico cuando se usa el cinturón de seguridad. El tratamiento más común para una clavícula fracturada es el uso de una férula para mantener el brazo estacionario y no permitir que se mueva. Esto permite que los osteoclastos reabsorban el daño óseo y los osteoblastos reparen el hueso.

Acromegalia

FIGURA 7-27. Comparación entre un individuo normal y uno con acromegalia.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. El esqueleto es la estructura que da soporte al cuerpo; permite que los músculos lleven a cabo el movimiento y la respiración. 2. La apariencia sólida del hueso se debe a las sales minerales que forman la matriz inorgánica que rodea a las células óseas vivas. 3. Leonardo da Vinci fue el primero que ilustró correctamente los 206 huesos del cuerpo.

LAS FUNCIONES DEL SISTEMA ESQUELÉTICO El esqueleto tiene cinco funciones: 1. Da soporte a los tejidos subyacentes. 2. Protege órganos vitales y tejidos blandos. 3. Provee palancas para los músculos. 4. Produce células sanguíneas en la médula ósea roja mediante el proceso de hematopoyesis. 5. Actúa como un área de almacenamiento de sales minerales, especialmente de calcio y fósforo, y de grasa en la médula amarilla.

EL CRECIMIENTO Y FORMACIÓN DEL HUESO 1. Después de los primeros tres meses, el esqueleto del feto se ha formado por completo, y está constituido principalmente por cartílago hialino. Posteriormente desarrolla la osificación y sigue su crecimiento. 2. El crecimiento longitudinal de los huesos continúa aproximadamente hasta los 15 años en las mujeres, y 16 en los hombres. 3. La maduración ósea continúa hasta los 21 años de edad en ambos sexos. Deposición del hueso 1. El hueso se desarrolla a partir de células óseas embrionarias, en forma de huso, conocidas como osteoblastos. 2. Los osteoblastos se desarrollan en células óseas maduras llamadas osteocitos. Se forman bajo la membrana fibrovascular que cubre al hueso, llamada periostio, y bajo la membrana que recubre la cavidad medular, el endostio. 3. Entre más presión se ejerce sobre un hueso, más se desarrolla. 4. Los osteoclastos son las células responsables de la reabsorción del hueso lesionado. También reabsorben hueso durante la remodelación.

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Tipos de osificación Los dos tipos de osificación son: 1. Osificación intramembranosa: proceso en donde las membranas de tejido conectivo denso son reemplazadas por depósitos de sales de calcio inorgánicas. Los huesos del cráneo se forman de esta manera. 2. Osificación endocondral: proceso a través del cual el cartílago se desarrolla en las células óseas. El resto de los huesos del cuerpo se desarrollan de esta forma. Mantenimiento del hueso 1. La cantidad correcta de calcio almacenado en los huesos, la cantidad apropiada de calcio en sangre, y la excreción del exceso de calcio están controladas por el sistema endocrino. 2. Las glándulas paratiroideas secretan parathormona, que inducen la liberación de calcio al torrente sanguíneo. Otra hormona, la calcitonina, promueve el almacenamiento de calcio en los huesos.

LA HISTOLOGÍA DEL HUESO Existen dos tipos de tejido óseo: 1. El hueso compacto o denso, es fuerte y sólido. 2. El hueso esponjoso tiene muchos espacios abiertos llenos de médula ósea. El sistema haversiano de hueso compacto 1. Un médico inglés, Clopton Havers (1650-1702), fue el primero en describir las características del hueso compacto. 2. Los canales haversianos u osteones, son pequeños canales que contienen vasos sanguíneos, que corren en paralelo a la superficie del hueso compacto, y que a su vez, se encuentran rodeados por anillos concéntricos de hueso sólido, llamados lamelas. 3. En estos anillos de hueso encontramos cavidades lacunares; cada una contiene un osteocito bañado en fluido. 4. Las cavidades lacunares se interconectan entres sí, y eventualmente a los osteones, mediante canales más pequeños llamados canalículos. 5. El fluido tisular que circula en estos canales transporta nutrientes y oxígeno, y se lleva los desechos celulares. Hueso esponjoso 1. El hueso esponjoso consiste en una red de hueso arreglado en trabéculas. 2. Las trabéculas crean la apariencia esponjosa de este tipo de tejido. 3. Los espacios entre las trabéculas se llenan de médula ósea.

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Médula ósea Existen dos tipos de médula ósea: 1. La función de la médula ósea roja es la hematopoyesis, o formación de células sanguíneas. 2. En un adulto, las costillas, vértebras, esternón y pelvis contienen la médula ósea roja en su tejido esponjoso. 3. La médula ósea amarilla se encuentra en los ejes de los huesos largos, entre su tejido esponjoso. 4. La médula ósea amarilla almacena células adiposas.

LA CLASIFICACIÓN DE LOS HUESOS Los huesos del cuerpo se pueden clasificar, basándose en la forma, en cinco categorías. 1. Los huesos largos consisten en un eje o diáfisis, una porción más amplia al final de la diáfisis llamada metáfisis, y dos extremidades llamadas epífisis. Ejemplos de estos huesos son la clavícula, húmero, radio, cúbito, fémur, tibia y fíbula, así como las falanges, los metacarpos y metatarsos. 2. Los huesos cortos tienen una forma algo irregular. Ejemplos son los huesos del tarso del pie y los huesos del carpo de la mano. 3. Los huesos planos funcionan para proteger y proveer una superficie mayor para la unión muscular. Ejemplos son algunos de los huesos del cráneo, las costillas, la escápula y parte de los huesos de la cadera. 4. Los huesos irregulares tienen una forma muy peculiar o irregular. Ejemplos son las vértebras y los osículos del oído. 5. Los huesos sesamoideos son huesos redondeados y pequeños, cubiertos por tendones y tejido fásico, alrededor de las articulaciones. Un ejemplo es el hueso sesamoideo de mayor tamaño, la rótula.

MARCAS ÓSEAS 1. Los huesos exhiben ciertas proyecciones llamadas procesos. Los ejemplos de procesos son la espina, cóndilo, tubérculo, tróclea, trocánter, cresta, línea, cabeza y cuello. 2. Los huesos también exhiben ciertas depresiones llamadas fosas. Los ejemplos de fosas son las suturas, foramen, meato o canal, seno o antro y surco. 3. Las marcas óseas ayudan a unir huesos, proveer una superficie para la unión muscular, o servir como vía de paso para los vasos sanguíneos y nervios, dentro y fuera del hueso.

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DIVISIONES DEL ESQUELETO 1. El esqueleto humano tiene 206 huesos. 2. El esqueleto se puede dividir en el esqueleto axial (cráneo, hioide, vértebras, costillas y esternón) y el esqueleto apendicular (huesos de las extremidades superiores e inferiores).

ESQUELETO AXIAL 1. Los huesos del cráneo consisten en el hueso frontal, los dos huesos parietales, el hueso occipital, los dos huesos temporales, el hueso esfenoides, el hueso etmoides, los seis osículos auditivos (martillo, yunque y estribo en cada oído), y en los variables huesos wormianos o suturales. 2. Los huesos faciales consisten en los dos huesos nasales, los dos huesos palatinos, los dos huesos maxilares (mandíbula superior), los dos huesos zigomáticos o malares (pómulos), los dos huesos lagrimales, los dos cornetes nasales, el vómer, y la mandíbula. Las órbitas, cavidades nasales y agujeros 1. Las órbitas son las dos cavidades profundas que delimitan y protegen los ojos. Cierto número de huesos del cráneo contribuyen a formarlas. 2. El marco de la nariz rodea las dos cavidades nasales compuestas por varios huesos del cráneo. 3. Los agujeros son las vías de paso para los vasos sanguíneos y nervios. El agujero más grande del cráneo es el foramen magno, por donde pasa la médula espinal. El hueso hioide 1. El hueso hioide no se articula con ningún otro hueso. Está suspendido por ligamentos a partir de los procesos estiloides del hueso temporal. 2. Su función es servir de soporte a la lengua. El torso o tronco 1. El esternón, las costillas y las vértebras componen el torso. 2. Una vértebra típica tiene ciertas características: un cuerpo en forma de disco, un arco que delimita el foramen espinal, un proceso espinoso y dos procesos transversales para la unión muscular; dos procesos articulares superiores, así como dos procesos articulares inferiores para la articulación con las vértebras inferiores y superiores. 3. Existen siete vértebras cervicales: la primera se llama atlas, y la segunda eje.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

4. Existen 12 vértebras torácicas que se articulan con las costillas. 5. Existen cinco vértebras lumbares, que son las más fuertes. 6. El sacro se compone de cinco vértebras sacrales fusionadas. 7. El cóccix se compone de cuatro vértebras coccígeas fusionadas. 8. El esternón se desarrolla en tres partes; se asemeja a una espada: el manubrio o empuñadura, el gladiolo o cuerpo, que parece la hoja de la espada, y el proceso xifoides que sería la punta de la espada. 9. Existen 12 pares de costillas: los siete pares superiores se articulan directamente con el esternón a través de sus cartílagos costales y son conocidos como costillas verdaderas; los cinco pares inferiores se conocen como costillas falsas; debido a que los pares de costillas 11 y 12 no tienen cartílago costal para articularse indirectamente con el esternón, al igual que los pares 8, 9 y 10, se conocen como costillas flotantes.

4. La tibia o espinilla es el hueso más largo de la pierna inferior. 5. La fíbula de la pierna inferior es el hueso más delgado del cuerpo. También se conoce como hueso de la pantorrilla. 6. Los huesos del tarso del pie son el calcáneo o talón, el astrágalo o tobillo, el navicular y los tres cuneiformes. 7. Los metatarsos componen el resto de los huesos del pie, junto con las 14 falanges de sus dedos.

LOS ARCOS DEL PIE 1. El pie tiene tres arcos: el arco longitudinal medio que es el más alto, el argo longitudinal lateral y el arco transversal. 2. El pie plano resulta de una disminución en la altura de los arcos longitudinales.

PREGUNTAS DE REPASO 1. Nombra cinco funciones del esqueleto. 2. ¿Por qué es necesario que los padres se aseguren de que sus hijos beban leche, se ejerciten y jueguen durante el día todos los días? 3. Nombra los huesos del cráneo. 4. Nombra los huesos faciales. 5. Nombra los huesos del carpo de la muñeca. 6. Nombra los huesos del tarso del pie.

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EL ESQUELETO APENDICULAR Los huesos de las extremidades superiores 1. Los huesos de la cintura escapular son la clavícula y la escápula. 2. El húmero es el hueso del brazo superior. 3. Los huesos del antebrazo son el cúbito, el más largo de los dos huesos, con un proceso olécranon proximal o hueso de la risa del codo, y el radio, el hueso corto que se articula con algunos de los huesos del carpo de la muñeca. 4. Los huesos del carpo de la muñeca son el pisiforme, piramidal, lunar y escafoides (en la fila proximal); el ganchoso, capital, trapezoide o multiangular menor, y el trapecio o multiangular mayor (en la fila distal). 5. Los huesos de la palma de la mano son los cinco metacarpos. 6. Los huesos de los dedos son las 14 falanges de cada mano. Los huesos de las extremidades inferiores 1. Cada cadera o hueso pélvico consiste de tres huesos fusionados: isquion, ilion y pubis. Forman la cintura pélvica. El ilion femenino es más amplio que el masculino, y cuando nos sentamos nos apoyamos sobre la tuberosidad isquial. 2. El fémur es el hueso más largo del cuerpo. 3. La rótula es el hueso sesamoideo más largo; está envuelto en el tendón del cuádriceps del músculo femoral.

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Pregunta de pensamiento crítico

COMPLETA LOS ESPACIOS EN BLANCO Completa los espacios en blanco con el término adecuado. 1. Los dos tipos de tejido óseo más comunes son ____________________ y ____________________. 2. El hueso se desarrolla a partir de células con forma de huso llamadas ____________________, que se pueden encontrar debajo del periostio. 3. Los ____________________ son células grandes, presentes en las cavidades del hueso, que funcionan en la reabsorción del hueso. 4. La osificación ____________________ es un proceso en donde el tejido conectivo denso o membranas, son reemplazadas por depósitos de calcio inorgánico. 5. El “reemplazo” de estructuras cartilaginosas con hueso se conoce como osificación ____________________. 6. Una enfermedad en los huesos infantiles, causada por deficiencia de vitamina D y luz solar es ____________________; en adultos se conoce como ____________________.

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7. Los canales haversianos están rodeados por anillos óseos concéntricos, cada capa se conoce como ____________________; entre éstas, encontramos pequeñas cavidades llamadas ____________________, cada una contiene un osteocito. 8. La función de la médula ósea ____________________ es la hematopoyesis. 9. La médula ósea ____________________ consiste principalmente en células adiposas. 10. El puente de la nariz se compone del par de huesos ____________________. 11. El paladar duro del techo de la boca se compone de los dos huesos ____________________. 12. El hueso ____________________, que se encuentra en el esqueleto axial, no tiene articulaciones con otros huesos, y funciona como soporte para la lengua. 13. La primera vértebra cervical es el ____________________ y soporta la cabeza; la segunda vértebra cervical se conoce como ____________________. 14. El esternón se desarrolla en tres partes: el ____________________, el cuerpo o ____________________, y el ____________________. 15. Existen 12 pares de costillas. Los siete pares superiores se articulan directamente con el esternón y se conocen como costillas ____________________; los cinco pares inferiores no se articulan directamente con el esternón y se denominan costillas ____________________.

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número más apropiado en el espacio en blanco. _____ Periostio 1. Prominencia redondeada o _____ Osteomalacia tipo nudillo _____ Epífisis 2. Depresión dentro o sobre _____ Proceso un hueso _____ Cóndilo 3. Canal, pasaje tipo tubo _____ Fosa 4. Orificio por el cual pasan los _____ Fisura/sutura vasos y nervios _____ Foramen 5. Membrana fibrovascular _____ Meato que cubre el hueso _____ Seno 6. Hueso zigomático _____ Surco 7. Cualquier marca ósea _____ Frente prominente _____ Pómulo 8. Hueso frontal _____ Fosa dental 9. Cavidad dentro de un hueso 10. Las dos extremidades de un hueso largo 11. Muesca o hendidura

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12. Alveolo 13. Cresta estrecha del hueso 14. Hendidura estrecha entre dos huesos 15. Raquitismo en adultos 16. Hueso temporal 17. Hueso parietal

VERDADERO O FALSO V

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1. El cartílago se convierte en hueso durante la osificación. 2. La matriz proteica es responsable de la elasticidad, y las sales depositadas en la matriz previenen que se aplaste. 3. Entre más presión se ejerza sobre un hueso, menos se desarrollará el hueso. 4. Es posible que los huesos curvos en un niño se enderecen gracias a un proceso continuo de reabsorción. 5. La concentración apropiada de calcio en sangre está controlada y mantenida por las glándulas paratiroideas. 6. El foramen magno es el orificio más grande del esqueleto y se encuentra en la base del hueso parietal. 7. Al igual que los huesos del cráneo, todos los huesos faciales están unidos por suturas inamovibles. 8. Si las vértebras torácicas se vuelven excesivamente curvas, se desarrolla una condición conocida como cifosis. 9. Los pares de costillas 11 y 12 se conocen como costillas flotantes, porque no se articulan con otras partes del esqueleto. 10. La escápula es el hueso cuyo nombre más común es clavícula.

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

ESTUDIO DE CASO Lorette, una mujer de 70 años, está siendo evaluada por una ortopedista en una clínica local después de haberse fracturado recientemente la mano. Un año antes, Lorette sufrió una caída y experimentó fracturas vertebrales, las cuales le siguen causando mucho dolor. El médico nota que Lorette presenta una postura inadecuada y una joroba. Su registro médico revela un historial de fracturas pequeñas, así como una pérdida anual anormal en su estatura.

Preguntas 1. ¿Qué condiciones pueden ser responsables de la historia médica de Lorette, así como de sus problemas actuales? 2. ¿En qué tipo de individuos es más probable que se desarrolle esta condición? 3. ¿Qué hormona protege a las mujeres para evitar que se desarrolle este problema antes de la menopausia? 4. ¿Cuál es el término médico para la joroba, y qué origina su desarrollo? 5. ¿Por qué Lorette ha perdido altura en los últimos años? 6. ¿Qué medidas pueden tomar los individuos para prevenir este trastorno esquelético?

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CAPÍTULO 7 El sistema esquelético

E JER CICIO DE LA B ORATOR IO:

EL SISTEMA ESQUELÉTICO

Materiales necesarios: un esqueleto humano articulado, ya sea de hueso real, si es posible, o de una buena reproducción plástica; varios cráneos (uno por cada 4-5 alumnos); ejemplos desarticulados de huesos humanos, un pie y una mano articulados; una preparación microscópica de hueso compacto. 1. Integrar equipos de 4 a 5 alumnos. Usar las placas coloreadas de tu libro de texto para identificar los huesos faciales y craneales, junto con las principales suturas, mientras se trabaja con los cráneos que les dé el maestro. 2. Ve hacia el esqueleto articulado e identifica los otros huesos del cuerpo.

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3. Observa el pie y la mano articulados e identifica los huesos del carpo de la muñeca, y los huesos del tarso del pie. 4. Analiza el hueso hioide e identifica sus partes. 5. Trata de identificar las distintas marcas de los huesos que se mencionan en el libro de texto. 6. Examina un hueso largo que ha sido seccionado para observar los tejidos compacto y esponjoso. 7. Revisa la histología del hueso compacto al observar una preparación microscópica de éste. Identifica todas las partes del sistema haversiano u osteón.

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El sistema articular OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Nombrar y describir los tres tipos de articulaciones. 2. Nombrar ejemplos de los dos tipos de articulaciones sinartrosis. 3. Nombrar ejemplos de los dos tipos de articulaciones anfiartrosis. 4. Describir y dar ejemplos de los seis tipos de diartrosis o articulaciones sinoviales. 5. Describir la naturaleza capsular de una articulación sinovial. 6. Describir los tres tipos de bursas. 7. Nombrar algunos de los trastornos de las articulaciones. 8. Describir los posibles movimientos de las articulaciones sinoviales.

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C O N C E P T O S C L AV E Abducción Aducción Anfiartrosis Articulación Articulación condiloide Articulación de bola y cavidad Articulación de pivote Articulación de silla de montar Articulación por deslizamiento Articulaciones en bisagra Bursas Bursas subcutáneas

Bursas subfasciales Bursas subtendinosas Circunducción Depresión Diartrosis o articulaciones sinoviales Dorsiflexión Elevación Eversión Extensión Fascia Flexión Flexión plantar Gonfosis Hiperextensión

Inversión Oposición Prolongación Pronación Reposición Retracción Rotación Sinartrosis Sincondrosis Sindesmosis Sínfisis Supinación Sutura

INTRODUCCIÓN

Sinartrosis

Una articulación es el sitio de unión entre dos o más huesos, independientemente del grado de movimiento permitido. Las suturas entre los huesos del cráneo se consideran como una parte del sistema articular, de la misma manera que la rodilla o el codo. Cuando pensamos en una articulación, tendemos a pensar en las que se mueven libremente, como la articulación del hombro o la cadera, pero otros tipos de unión presentan un movimiento limitado o inclusive hay ausencia de éste.

Las sinartrosis son las articulaciones o uniones entre los huesos que no permiten movimiento. El prefijo sin significa mantenerse unidos. Existen tres tipos de sinartrosis o articulaciones inmóviles. El primero es la sutura. Ésta es una articulación en donde los huesos se mantienen unidos por una capa fina de tejido fibroso. Las suturas del cráneo son algunos ejemplos. Recuerda que en el Capítulo 7, mencionamos que los huesos del cráneo se forman por osificación intramembranosa. El tejido fibroso en la sutura es el remanente de ese proceso y ayuda a su formación. El segundo ejemplo es la sindesmosis. Ésta son las articulaciones en las que los huesos están conectados por los ligamentos. Ejemplos de ello es en donde el radio se articula con el cúbito y en donde el peroné se articula con la tibia. Estos huesos se mueven como uno solo cuando pronamos y supinamos el antebrazo o rotamos la pantorrilla. Algunos autores consideran las sindesmosis como ejemplo de una anfiartrosis (articulación de poco movimiento).

LA CLASIFICACIÓN DE LAS ARTICULACIONES: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN Las articulaciones se clasifican en tres grandes grupos según el grado de movimiento (función) y el tipo de material que mantiene la unión de los huesos en la articulación (estructura).

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

El tercer ejemplo es la gonfosis. Ésta son las articulaciones en las que un proceso cónico se coloca sobre un pivote y se mantiene en su lugar mediante ligamentos. Un ejemplo es un diente en su alveolo (pivote), que se mantiene en su lugar debido al ligamento periodontal.

Anfiartrosis Las anfiartrosis son las articulaciones que permiten sólo un ligero movimiento. Existen dos ejemplos de anfiartrosis. El primero es una sínfisis, que son las articulaciones en las que los huesos están conectados por un disco de fibrocartílago. Un caso es la sínfisis del pubis, donde los dos huesos de la pelvis se unen en el pubis. Durante el parto, esta articulación permite un leve movimiento del hueso pélvico para aumentar el tamaño del canal del parto.

El segundo ejemplo de anfiartrosis es una sincondrosis, que son las articulaciones en las que dos superficies óseas están conectadas por cartílago hialino que es sustituido por hueso permanente a través del desarrollo. Un caso de sincondrosis es la articulación entre la epífisis y la diáfisis (eje) de un hueso largo. Recuerda del Capítulo 7, que ésta es la ubicación de la placa de crecimiento a partir de la cual los huesos largos se desarrollan longitudinalmente por una osificación endocondral. Algunos autores consideran la sincondrosis como un ejemplo de sinartrosis (sin movimiento). Otro ejemplo es la conexión de cartílago hialino entre las costillas y el esternón.

Diartrosis o articulaciones sinoviales Las diartrosis o articulaciones sinoviales son articulaciones de movimiento libre (Figura 8-1). Se caracterizan por la presencia de una cavidad rodeada de una cápsula.

Periostio

Hueso

Membrana sinovial Cavidad de la articulación (lleno de líquido sinovial) Cápsula fibrosa

Cartílago articular

Periostio

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Hueso

FIGURA 8-1. La estructura de la articulación sinovial.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

Dicha cavidad puede contener diversas cantidades y concentraciones de distintos tejidos y puede estar encerrada por una cápsula fibrosa de cartílago articular. Los ligamentos pueden reforzarla y el cartílago cubre los extremos de los huesos opuestos. Esta cápsula se alinea en el interior de la membrana sinovial, que produce el líquido del mismo nombre. La mayoría de las articulaciones de las extremidades superiores e inferiores son diartrosis. El cartílago articular proporciona una suave superficie deslizante para el hueso que se opone. Esto es posible debido a la lubricación provista por el líquido sinovial. Los huesos de oposición se usan o erosionan con el tiempo debido a la constante fricción causada por el movimiento en la articulación. El cartílago articular tiene un suministro de sangre limitado. Recibe su alimento del líquido sinovial y de un pequeño número de vasos sanguíneos subsinoviales presentes en la unión del cartílago y la cápsula articular. El líquido sinovial tiene dos funciones: la creación de una superficie suave deslizante para los huesos de oposición y la nutrición del cartílago articular. El cartílago también funciona como un amortiguador entre las vértebras de la columna vertebral para reducir al mínimo las fuerzas de peso y de choque al correr, caminar o saltar. Las fibras de colágena que conectan un hueso con otro en la articulación sinovial forma la cápsula sinovial que encierra a la articulación. La amplitud de movimiento de la articulación se relaciona con la laxitud o libertad de la articulación. Esto está directamente relacionado con la estructura de la cápsula y la manera en que se forma sobre los huesos de oposición. En la articulación del hombro, que tiene la mayor amplitud de movimiento, la cápsula está lo suficientemente laxa como para permitir que la cabeza del húmero se aleje de la cavidad glenoidea de la escápula. Sin embargo, en la articulación de la cadera, el intervalo de movimiento es mucho más restringido, ya que la cápsula es más gruesa y más corta, y la cabeza del fémur se encuentra profundamente localizada en el acetábulo del hueso pélvico. El fémur también está conectado con el acetábulo por una serie de ligamentos fuertes. Esta estructura es necesaria debido al requerimiento de una mayor fuerza en esta articulación. Además de estos tejidos que componen la cápsula, los músculos y los tendones también se puede encontrar en la capa más externa de la cápsula. Proporcionan un mecanismo importante para mantener la estabilidad de una articulación sinovial o diartrosis. Éstos presentan ventajas sobre los ligamentos, porque durante la relajación y la contracción mantienen las superficies articulares en contacto firme en cada una de las posiciones de la articulación. En resumen, las articulaciones sinoviales desempeñan diversas funciones. En primer lugar, cargan el peso y permiten el movimiento; en segundo lugar, su construcción en forma de cápsula hecha de ligamentos, tendones, músculos y cartílagos articulares, proporciona estabilidad; y en tercer lugar, el líquido sinovial lubrica la articulación y nutre el cartílago.

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MOVIMIENTOS EN LAS ARTICULACIONES SINOVIALES Las diartrosis o articulaciones sinoviales pueden realizar los siguientes movimientos. La flexión es el acto de doblar o disminuir el ángulo entre los huesos. La extensión es el acto de aumentar el ángulo entre los huesos y es lo opuesto a la flexión. Consulta la Figura 8-2A para observar un esquema de la flexión/extensión e hiperextensión. La hiperextensión aumenta el ángulo de la articulación más allá de la posición anatómica. La abducción es el movimiento de los huesos o de las extremidades lejos de la línea media del cuerpo; el movimiento contrario se conoce como aducción, que es el movimiento del hueso o de la extremidad hacia la línea media del cuerpo (Figura 8-2B). La rotación es el acto de mover los huesos alrededor de un eje central, el plano del movimiento de rotación es perpendicular al eje, como cuando giramos la cabeza. La circunducción es el acto de mover los huesos de tal manera que el extremo del hueso o de la extremidad describa un círculo en el aire y los lados del hueso describan un cono (Figura 8-2C). La supinación y pronación se refieren al movimiento del antebrazo y la mano (Figura 8-3A). La supinación es el movimiento de los huesos del antebrazo de tal manera que el radio y el cúbito no estén paralelos. Si el brazo está a un lado del cuerpo, la palma se traslada desde una posición anterior a una posterior; si el brazo está extendido, la palma ve hacia arriba como cuando se carga un plato. La pronación se refiere a mover los huesos del antebrazo, de manera que el radio y el cúbito no sean paralelos. Si el brazo está a un lado del cuerpo, la palma se mueve desde una vista anterior a una posición posterior, si el brazo está extendido, la palma queda hacia abajo. La eversión e inversión hacen referencia a los movimientos del pie (Figura 8-3B). La eversión es el acto de mover la planta del pie hacia fuera en el tobillo, mientras que en la inversión se mueve la planta del pie hacia adentro. La protracción es el acto de mover una parte del cuerpo hacia adelante en un plano paralelo al suelo. La retracción es el mover una parte del cuerpo hacia atrás en un plano paralelo al suelo. En la Figura 8-3C observa los movimientos de protracción y retracción de la mandíbula inferior. La elevación es cuando se sube una parte del cuerpo; la depresión es cuando se baja. Consulta la Figura 8-3D para observar un esquema de elevación y depresión del hombro. La oposición es el movimiento que se produce sólo con el pulgar y es exclusiva de los primates. Se produce cuando la punta del pulgar y los dedos se juntan. La acción nos permite utilizar herramientas como por ejemplo escribir con un bolígrafo.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

Hiperextensión

Extensión Flexión

(A)

Abducción

(B)

Aducción

(C)

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Circunducción

FIGURA 8-2. Movimientos de las articulaciones sinoviales. (A) Flexión/extensión e hiperextensión. (B) Abducción/aducción.

(C) Circunducción.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

Eversión

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Inversión

(B)

Pronación

Supinación (A)

Dorsiflexión

Depresión

Protracción

Flexión plantar Elevación

© Delmar/Cengage Learning

(E)

Retracción

(C)

(D)

FIGURA 8-3. Movimientos de las articulaciones sinoviales. (A) Pronación/supinación. (B) Eversión/inversión. (C) Protracción/retrac-

ción. (D) Depresión/elevación. (E) Dorsiflexión/ flexión plantar.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

ALERTA SANITARIA

ARTICULACIONES SANAS

Cuando pensamos en nuestras articulaciones, siempre vienen a nuestra mente las articulaciones de movimiento libre o diartrosis, como las del hombro, codo, cadera y rodilla. Aunque la estructura de estas articulaciones permite realizar una amplia gama de movimientos, los movimientos persistentes o excesivos pueden causar daños a las mismas. Estas lesiones se conocen como las lesiones por movimientos repetitivos y pueden afectar las estructuras asociadas, tales como músculos, nervios, tendones, ligamentos y bursas. Las lesiones que se pueden desarrollar rápidamente debido a la tensión mecánica excesiva incluyen el “codo de tenista” o “codo de canoísta”. Los tenistas desarrollan con frecuencia este tipo de lesión en el codo debido a su uso excesivo. Aquellos que practican el remo en canoa el fin de semana, durante ocho horas al día, también desarrollan de manera frecuente el llamado codo de canoísta. Los que practican descalzos el esquí acuático, con el tiempo, se causan graves daños en el cartílago del menisco de la rodilla. Estas lesiones son graves, pero pueden ser temporales si el atleta le da tiempo suficiente al codo o la rodilla para que puedan recuperarse y vuelvan a realizar sus movimientos normales. Otro tipo de lesiones que se desarrollan a largo plazo también se deben a movimientos repetitivos. En esta era tecnológica de las computadoras, el síndrome del túnel carpiano, que afecta a la muñeca, se desarrolla en los individuos que usan regularmente el teclado durante largos períodos. Los primeros síntomas incluyen una leve molestia en la articulación, sensación de hormigueo, y la fatiga muscular. Si se detecta temprano y se trata, este síndrome puede prevenirse. Para mantener la salud de las articulaciones, el ejercicio y el movimiento moderado es esencial para mantener la estabilidad articular y su lubricación. Sin embargo, si una ocupación requiere de realizar movimientos repetitivos, se debe dar descanso frecuente a la articulación y deberá mantenerse una buena postura corporal. Esto puede ayudar a aliviar el estrés ejercido sobre una articulación que se encuentra bajo un trabajo constante.

La reposición se produce cuando los dedos regresan a sus posiciones normales. La dorsiflexión es el acto de levantar el pie hacia arriba a la altura del tobillo y la flexión plantar es empujar el pie hacia abajo en la articulación del tobillo, las acciones que hacemos al caminar (Figura 8-3E).

Conexión con StudyWARE ™ Practica un juego interactivo en tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE ™ relacionando los movimientos de las articulaciones sinoviales.

LOS SEIS TIPOS DE DIARTROSIS O ARTICULACIONES SINOVIALES Tenemos seis tipos de articulaciones de movimiento libre o sinovial. Observa la Figura 4.8 para ver un esquema de la estructura geométrica y ejemplos de estas articulaciones. Una articulación de bola (esférica) y cavidad (receptáculo) es un ejemplo de una articulación multiaxial. En este tipo de unión, una cabeza en forma de bola encaja en una cavidad cóncava. Dos ejemplos son la cabeza en forma de bola del fémur en la cavidad cóncava del acetábulo del

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hueso de la pelvis y la cabeza del húmero en la fosa glenoidea de la escápula. Este tipo de articulación ofrece la gama más amplia de movimientos que pueden producirse en todos los planos y direcciones. De las dos articulaciones de bola y cavidad, la cadera y el hombro, éste es el que tiene la gama más amplia de de movimiento. La articulación en bisagra está estructurada de tal forma que una superficie convexa se coloca en una superficie cóncava. En este tipo de articulación el movimiento se limita a la flexión y extensión en un solo plano. Dos ejemplos son la articulación del codo y la rodilla. Debido a que el movimiento se limita a un solo plano, estas articulaciones también son llamadas bisagras uniaxiales. Consulta la Figura 8-5 para observar un esquema de la estructura de la articulación uniaxial de la rodilla. Otras articulaciones de este tipo en bisagra son las falanges media y distal de los dedos de las manos y de los pies. La articulación de pivote es otra articulación uniaxial porque el movimiento se limita a la rotación en un solo plano. La articulación está construida de tal manera que un proceso tipo pivote gira dentro de una cavidad ósea en torno a un eje longitudinal. Un ejemplo es la articulación entre la vértebra atlas (el proceso de giro) que rota dentro de la cavidad ósea de la vértebra eje. La articulación condiloide, a veces llamada articulación elipsoidal, es una articulación biaxial que consiste en una protuberancia de forma ovalada, que encaja en una cavidad elíptica. Facilita el movimiento en dos planos per-

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

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Articulación uniaxial en bisagra Convexo

Cóncavo Superficie cóncava de la ulna

Bisagra

Pivote uniaxial

ARTICULACIONES UNIAXIALES

Cóndilo (elipsoidal)

Articulación de la rótula

Articulación de silla de montar

ARTICULACIONES BIAXIALES

ARTICULACIONES MULTIAXIALES

© Delmar/Cengage Learning

Deslizamiento

FIGURA 8-4. Los cinco tipos de diartrosis o articulaciones sinoviales de libre movimiento.

pendiculares entre sí. La articulación de la muñeca entre el radio del antebrazo y algunos de los huesos del carpo de la mano son ejemplos de cóndilos. La mano puede flexionarse y extenderse en un plano, como por ejemplo para hacer la señal de alto y luego bajarla. También puede retraerse como cuando la agitamos de un lado a otro. La articulación de silla de montar, es otra articulación biaxial, aunque un poco más compleja en estructura. En este tipo de articulación, una de las superficies es cóncava en un sentido y convexa en el otro (como en el trapecio, un hueso del carpo de la muñeca), mientras que la superficie articular del otro es recíprocamente convexa y cóncava (el hueso metacarpiano del pulgar). Por lo tanto, los dos huesos se acoplan entre sí. Observa la Figura 8.4 para estudiar su estructura. Con este tipo de construcción es posible realizar el movimiento en dos planos perpen-

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diculares entre sí: flexión y extensión, más abducción y aducción. Esto permite el movimiento de oposición del pulgar, un avance evolutivo que logró una destreza fenomenal de la mano para poder agarrar los objetos y utilizar las herramientas. La articulación por deslizamiento es el último tipo de articulación sinovial y es una articulación multiaxial. Este tipo de unión está formada tanto por superficies planas opuestas o ligeramente convexas opuestas y por superficies cóncavas, sólo permite el movimiento por deslizamiento. Ejemplos de las articulaciones por deslizamiento son aquellas que existen entre las apófisis articulares superiores e inferiores de las vértebras de la espina dorsal. La Tabla 8-1 muestra la clasificación de los tres tipos de articulaciones y ejemplos de cada uno.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

Fémur Ligamento cruzado anterior Cóndilo medio del fémur

Ligamento fibular colateral

Ligamento colateral de la tibia

Cóndilo lateral del fémur

Ligamento cruzado anterior Meniscos laterales

Menisco medio

Cóndilo lateral de la tibia

Cóndilo medio de la tibia

Tendón del cuádriceps Músculo femoral Fíbula Ligamento patelar

© Delmar/Cengage Learning

Patela

Tibia

FIGURA 8-5. La estructura de una articulación uniaxial en bisagra de la rodilla.

Tabla 8-1

Clasificación de los tres tipos de articulaciones y ejemplos

Tipo o articulación 1. Sinartrosis: Sin movimiento a. Sutura (los huesos se unen mediante una capa delgada de tejido fibroso)

Ejemplos

Suturas del cráneo

b. Sindesmosis (huesos conectados por ligamentos ubicados entre los huesos)

Borde del radio y el cúbito; las articulaciones de la tibia y fíbula

c. Gonfosis (articulaciones en las que un proceso cónico encaja en una cavidad mantenida en su lugar por ligamentos)

Los dientes en sus alveolos

2. Anfiartrosis: Articulaciones que permiten ligero movimiento a. Sínfisis (huesos conectados por un disco Sínfisis púbica de fibrocartílago) b. Sincondrosis (dos superficies óseas conectadas por cartílago)

Articulación entre la epífisis (porción más ancha) y diáfisis (eje) de un hueso largo; sincondrosis púbica; sincondrosis intercostal; sincondrosis esternal

3. Diartrosis o articulaciones sinoviales: De libre movimiento a. De bola y cavidad Hombro, cadera b. En bisagra

Rodilla, codo, dedos de las manos y de los pies

c. De pivote

Cuello

d. Cóndilo

Articulación de la cadera localizada entre el radio y los huesos carpianos

e. De silla de montar

Articulación carpal-metacarpal en el pulgar

f. Por deslizamiento

Articulaciones intervertebrales

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

Conexión con StudyWARE ™ Ve una animación sobre las articulaciones sinoviales en tu CD-ROM de StudyWARE™.

BURSAS Las bursas son sacos cerrados con un revestimiento de membrana sinovial. Se pueden encontrar en los espacios

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de tejido conectivo ubicados entre los tendones, los ligamentos y los huesos. Se encuentran allí, donde se puede desarrollar fricción durante el movimiento. Facilitan el deslizamiento de los músculos sobre músculos o tendones en las superficies óseas de ligamentos. Se clasifican en tres tipos dependiendo de su ubicación. Las bursas subcutáneas se encuentran debajo (sub) de la piel (cutánea) cuando ésta se encuentra en la parte superior de un proceso óseo subyacente (por ejemplo, la articulación de la rodilla). Entre la patela o la rótula y la piel suprayacente se encuentra una bursa subcutánea que evita la fricción entre el hueso y la piel. Ver la Figura 8.6 para un esquema de bursas de la articulación de la rodilla.

Bursa suprapatelar

Tendón del cuádriceps femoral

PATELA

Cápsula fibrosa

Ligamento cruzado posterior

Parche de grasa

Bursa intrapatelar profunda

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Ligamento cruzado anterior

Bursa prepatelar subcutánea

FIGURA 8-6. Vista lateral de la articulación donde se ilustran las bursas.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

Las bursas subfasciales se encuentran entre los músculos, arriba de la fascia de uno y bajo la fascia de otro. La fascia es el tejido conectivo fibroso que cubre el epimisio de un paquete muscular. Estas fascias se discutirán en el Capítulo 9. ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

Las bursas subtendinosas se encuentran donde un tendón se superpone a otro o donde un tendón cubre alguna proyección ósea, como en el hombro.

TRASTORNOS DE LAS ARTICULACIONES

BURSITIS La bursitis es una inflamación de la bursa sinovial que puede ser causada por el estrés o la tensión excesiva ejercida sobre la bursa. Jugar al tenis durante largos periodos produce el codo de tenista. Es un ejemplo de la bursitis en la articulación del codo causado por el estrés excesivo. Tú puedes experimentar el codo de canoísta si te gusta remar durante varias horas. Esto, desde luego, es temporal. El codo y el hombro son sitios en los que comúnmente se desarrolla la bursitis. Ésta también puede ser causada por un proceso inflamatorio local o sistémico. Si persiste la bursitis, bursitis crónica, los músculos de la articulación con el tiempo pueden degenerarse o atrofiarse y la articulación puede volverse rígida, aunque la propia articulación no esté enferma.

ARTRITIS La artritis es la inflamación de toda la articulación. Por lo general, involucra a todos los tejidos de la articulación: cartílago, hueso, músculos, tendones, ligamentos, nervios, suministro de sangre, y así sucesivamente. Hay más de 100 variedades de artritis, y 10% de la población sufre este trastorno, que no tiene cura. El alivio del dolor es común con el uso de analgésicos pero sólo suavizan este síntoma de la artritis.

FIEBRE REUMÁTICA La fiebre reumática es una enfermedad desarrollada debido a una infección bacteriana leve. Si no se detecta en la infancia, la bacteria puede ser transportada por el torrente sanguíneo a las articulaciones, lo que resulta en el posible desarrollo de la artritis reumatoide en etapas más avanzadas de la vida.

ARTRITIS REUMATOIDE La artritis reumatoide es un trastorno del tejido conectivo que causa la inflamación severa de las articulaciones pequeñas. Es muy desgastante y puede destruir las articulaciones de las manos y de los pies. La causa es desconocida. Se piensa que en el desarrollo de este tipo de artritis pueda estar implicado un factor genético o una reacción autoinmune, es decir, una reacción inmune contra los propios tejidos de una persona. Las membranas sinoviales de las articulaciones y de los tejidos conectivos crecen de manera anormal para formar una capa en la cápsula articular. Esta capa crece en las superficies articulares de los huesos y cartílagos, fusionando y destruyendo los huesos de la articulación.

FIBROSITIS PRIMARIA La fibrositis primaria es la inflamación del tejido conectivo fibroso presente en una articulación. Es vulgarmente llamada reumatismo o “dolor de huesos”. Cuando se presenta en la zona lumbar, se le conoce como lumbalgia o dolor de espalda.

OSTEOARTRITIS La osteoartritis, también conocida como enfermedad articular degenerativa, se produce con la edad avanzada, especialmente en personas de 70 años. Es más común en individuos con sobrepeso y afecta a las articulaciones que lo soportan. El ejercicio moderado puede prevenir el deterioro de las articulaciones y aumentar la capacidad de mantener el movimiento en ellas. (continúa)

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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TRASTORNOS DE LAS ARTICULACIONES

GOTA La gota es una acumulación de cristales de ácido úrico en la articulación ubicada en la base del dedo gordo del pie y en otras de los pies y las piernas. Es más común en hombres que en mujeres. Estos cristales, que son productos de desecho, también pueden acumularse y causar daño en los riñones.

ESGUINCE Un esguince se produce cuando una torsión o giro desgarra los ligamentos asociados con una articulación. Los sitios más comunes donde se producen los esguinces son el tobillo y la muñeca.

HERNIA DISCAL Una hernia discal, también conocida como disco de ruptura o hernia, se desarrolla cuando el disco fibro-cartilaginoso intervertebral sobresale o se mueve fuera de lugar y pone presión sobre la médula espinal. Puede ocurrir en cualquier parte, pero las áreas más comunes son las regiones lumbar y sacra de la columna vertebral. Ello ocasiona un dolor intenso. Si el disco desplazado no responde a la terapia física y a los medicamentos, es recomendable realizar una laminectomía para extirpar quirúrgicamente el disco que sobresale.

DISLOCACIÓN Una dislocación es el desplazamiento temporal de un hueso de alguna articulación, debido a la tensión excesiva ejercida sobre la articulación. Éstas se presentan con mayor frecuencia en el hombro y en la cadera, pero también puede ocurrir en los dedos y en las rodillas. El tratamiento de esta condición es forzar al hueso a regresar a su lugar en la articulación y la inmovilización con un yeso o férula mientras se cura.

GINGIVITIS La gingivitis es una inflamación de los tejidos de la encía. Es causada por la falta de higiene oral que resulta en una infección bacteriana con síntomas de inflamación y sangrado de las encías. La placa bacteriana se acumula en los dientes y la infección puede diseminarse a los alveolos en la cavidad del diente. Esto destruirá los ligamentos periodontales y puede hacer que el hueso de los alveolos dentales degenere, lo que puede originar la pérdida de los dientes. El cepillado diario y la limpieza con hilo dental después de las comidas, junto con las visitas al dentista para una limpieza semestral ayudará a prevenir la pérdida de los dientes y el desarrollo de la gingivitis.

HIPEREXTENSIÓN La hiperextensión se define como el movimiento de una articulación a una posición mucho más allá de la máxima extensión normal de la articulación. Se trata de un desplazamiento forzado como el que se causa cuando se usan las manos para amortiguar una caída resultando en una hiperextensión de la articulación de la muñeca. Esto puede provocar un esguince grave o la fractura de los huesos. La del cuello puede ocurrir por la colisión trasera causada en un accidente automovilístico.

CADERA DISLOCADA Una dislocación de cadera ocurre cuando la cabeza del fémur se desplaza fuera del acetábulo de la cadera. Esta condición puede suceder en un accidente automovilístico o puede ser congénita. Se acompaña de hinchazón, dolor, rigidez y pérdida de movimiento. Una dislocación también puede ocurrir en cualquier articulación del cuerpo.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE Los adultos mayores experimentan algunos cambios importantes en el sistema articular, especialmente en las articulaciones sinoviales. Las fibras de elastina y de colágeno se vuelven menos flexibles en una articulación y la reparación normal del tejido disminuye. Las superficies del cartílago articular decaen, porque en los adultos mayores no se tiene la capacidad de renovar el cartílago tan rápidamente como cuando se es joven. Muchas personas de 50 años toman pastillas de condroitina glucosamina para complementar la restitución del cartílago y ayudar a reparar y lubricar las articulaciones. Este suplemento alimenticio proviene de los tiburones. La producción de líquido sinovial también disminuye con la edad, igual que la flexibilidad de los tendones y de los ligamentos, lo que reduce la amplitud de movimiento en las articulaciones sinoviales. Por ello, el ejercicio moderado pero regular es tan importante a medida que envejecemos para ayudar a mantener las articulaciones tan flexibles como sea posible.

RESUMEN INTRODUCCIÓN Una articulación es el sitio de unión entre dos o más huesos, independientemente del grado de movimiento que ésta permita.

CLASIFICACIÓN DE LAS ARTICULACIONES 1. Las articulaciones se clasifican en tres grandes grupos en función del grado de movimiento que permiten y de su estructura: sinartrosis, anfiartrosis y diartrosis. Sinartrosis 1. Las sinartrosis no permiten el movimiento. Los tres ejemplos de sinartrosis son la sutura, sindesmosis y gonfosis. 2. En una sutura los huesos están unidos por una capa delgada de tejido conectivo fibroso, tal como en las suturas del cráneo. 3. Una sindesmosis es una articulación en la que los huesos están conectados por los ligamentos que existen entre los huesos, como en las articulaciones del radio y el cúbito, y de la tibia y el peroné. Algunos autores consideran este tipo de articulación como una anfiartrosis. 4. Una gonfosis consiste de un proceso cónico en una cavidad que es unida por ligamentos, como un diente en su alveolo. Anfiartrosis 1. La anfiartrosis sólo permite un movimiento ligero. Los dos ejemplos son la sínfisis y la sincondrosis. 2. Una sínfisis es una articulación en la que los huesos están unidos por un disco de fibrocartílago, como es la sínfisis púbica.

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3. Una sincondrosis es una articulación que une dos superficies óseas unidas por cartílago hialino, como en la placa de crecimiento entre la diáfisis y la epífisis de los huesos largos. Algunos autores consideran esta articulación como una sinartrosis. Diartrosis o articulaciones sinoviales 1. Las diastrosis o articulaciones sinoviales son de movimiento libre. 2. Se caracterizan por tener una estructura capsular con una cavidad interna. 3. La cápsula de la articulación puede estar compuesta por distintos tipos de tejido: fibrocartílago, ligamentos, tendones, músculos y membranas sinoviales. 4. Las diartrosis o articulaciones sinoviales tienen varias funciones. Cargan peso y permiten el movimiento; los ligamentos, tendones, músculos y cartílagos articulares proporcionan estabilidad; y la superficie del líquido sinovial lubrica y nutre el cartílago.

MOVIMIENTOS EN LAS ARTICULACIONES SINOVIALES 1. La flexión reduce el ángulo formado entre algunos huesos. 2. La extensión incrementa el ángulo de una articulación. 3. La hiperextensión aumenta el ángulo de la articulación más allá de la posición anatómica. 4. La dorsiflexión levanta el pie hasta la unión con el tobillo. 5. La flexión plantar es el acto de mover el pie hacia abajo en la articulación del tobillo.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

6. La abducción mueve los huesos hacia la línea media del cuerpo. 7. La aducción mueve los huesos lejos de la línea media del cuerpo. 8. La rotación es el acto de mover el hueso alrededor de un eje central, perpendicular al eje. 9. La circunducción es el acto de mover el hueso de tal manera que el extremo del hueso o de la extremidad describa un círculo en el aire y los lados del hueso describan un cono. 10. La supinación mueve la palma de la mano hacia una posición elevada o de una posición posterior a una anterior si ésta se encuentra a un lado del cuerpo. 11. La pronación es el movimiento de la palma de la mano hacia abajo o de una posición anterior a una posterior si se encuentra a un lado del cuerpo. 12. En la eversión se mueve la planta del pie hacia fuera a partir del tobillo. 13. En la inversión se mueve la planta del pie hacia adentro a partir del tobillo. 14. La protracción es el acto de mover una parte del cuerpo hacia adelante en un plano paralelo al suelo. 15. La retracción es el mover una parte del cuerpo hacia atrás, en un plano paralelo al suelo. 16. La elevación sube una parte del cuerpo. 17. La depresión baja una parte del cuerpo. 18. La oposición es el movimiento característico del pulgar; se produce cuando su punta y la de los demás dedos se juntan. 19. La reposición es lo contrario a la oposición.

respecto del otro y está ubicado en la articulación carpiana-metacarpiana del pulgar. 6. La articulación por deslizamiento (multiaxial) únicamente permite el deslizamiento, como las articulaciones intervertebrales de la columna.

BURSAS 1. Existen tres tipos de bursas. Las bursas son sacos cerrados con un revestimiento sinovial que previene la fricción entre tejidos superpuestos. 2. Las bursas subcutáneas se encuentran entre la piel y los procesos óseos subyacentes. 3. Las bursas subfasciales se encuentran en los puntos donde los músculos se superponen entre sí. 4. Las bursas subtendinosas se encuentran en los puntos donde un tendón se superpone a otro o a una proyección ósea.

PREGUNTAS DE REPASO 1. Nombra y describe los tres tipos de articulaciones encontradas en el cuerpo humano. 2. Nombra dos tipos de sinartrosis y da un ejemplo de cada una. 3. Nombra dos tipos de anfiartrosis y da un ejemplo de cada una. * 4. ¿Por qué las diartrosis o articulaciones sinoviales deben de estar constreñidas como cápsulas para maximizar su función? 5. Nombra los seis tipos de diartrosis y da un ejemplo de cada una. 6. Nombra y define los tres tipos de bursas en el cuerpo humano. * 7. ¿Cómo puede un individuo prevenir la ocurrencia de la osteoartritis? 8. Nombra los movimientos que pueden ocurrir en las articulaciones sinoviales.

LOS SEIS TIPOS DE DIARTROSIS O ARTICULACIONES SINOVIALES 1. La articulación de bola y cavidad (multiaxial) es la que permite un mayor rango de movimiento, como en la articulación del hombro y cadera. 2. La articulación en bisagra (uniaxial) limita el movimiento a flexionar y extender la rodilla, el codo y las falanges medias y distales. 3. La articulación de pivote (uniaxial) limita el movimiento a la rotación en un solo plano, tal como la articulación del atlas y el eje de la columna. 4. El cóndilo o articulación condiloide o elipsoidal (biaxial) permite el movimiento en dos planos formando ángulos el uno con respecto al otro, como en la articulación de la muñeca ubicada entre el radio y los huesos carpianos. 5. La articulación en silla de montar (biaxial), localizada únicamente en el pulgar, permite el movimiento en dos planos en ángulos rectos uno

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Preguntas de pensamiento crítico

Investiga y explora Escribe acerca de un familiar o alguien que conozcas que tenga una de las enfermedades, trastornos o condiciones comunes presentadas en este capítulo, y organiza una discusión acerca de su enfermedad.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

ESTUDIO DE CASO Mabel es una mujer de 42 años de edad que acudió con el especialista para realizarse un chequeo de su artritis. Ella le dice al especialista que está experimentando más dolor y rigidez articular que de costumbre. El especialista la examina y se da cuenta de que sus manos y pies se ven cada vez más deformes debido a la severa inflamación articular. Para Mabel es más difícil realizar sus actividades cotidianas. Afirma que se le dificulta abrir las botellas, las manijas de las puertas, ponerse sus calcetines y sus zapatos. También siente dolor y se cansa fácilmente al caminar distancias cortas.

Preguntas 1. 2. 3. 4.

De acuerdo a sus síntomas, ¿qué tipo de artritis podría tener Mabel? ¿Cuáles son las principales características de este trastorno? ¿Cuál es la causa de esta afección y el daño en las articulaciones? ¿Qué tan extensa es su artritis?

Conexión con StudyWARE ™ Realiza el examen de prueba o reproduce uno de los juegos interactivos en tu CD-ROM de StudyWARE™ para reforzar el contenido de este capítulo.

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CAPÍTULO 8 El sistema articular

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

EL SISTEMA ARTICULAR

Materiales requeridos: Un modelo de esqueleto articulado, modelos anatómicos de la articulación del hombro y de la cadera que puedan desarticularse y mostrar los músculos, tendones, huesos y cartílagos 1. Examina la articulación de bola y cavidad de la cadera y del hombro. Identifica la naturaleza capsular de las articulaciones mediante la visualización del músculo, tendones, ligamentos y cartílagos. Si es posible, saca la cabeza del fémur del acetábulo y examina la estructura de la articulación.

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2. Examina los huesos de la articulación del codo y de la rodilla en el esqueleto, observando cómo los huesos encajan entre sí para permitir la flexión y extensión. 3. Estudia la mano. Ten en cuenta la flexión y la extensión de las articulaciones en bisagra de los dedos, y la articulación en silla de montar del pulgar. 4. Examina la articulación de la muñeca y del tobillo. En la muñeca, observa cómo la de tipo cóndilo es aquella en la que el radio se articula con los huesos del carpo.

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El sistema muscular OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Describir la anatomía gruesa y microscópica del músculo esquelético. 2. Describir y comparar las diferencias básicas entre la anatomía de los músculos esquelético, liso y cardiaco. 3. Explicar el concepto actual de contracción muscular basándote en tres factores: fuentes neuroeléctricas, químicas y energía. 4. Definir tono muscular y comparar las contracciones isotónicas e isométricas. 5. Enlistar los factores que pueden causar el mal funcionamiento muscular, originando diversos trastornos. 6. Nombrar e identificar la ubicación de los principales músculos superficiales del cuerpo.

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C O N C E P T O S C L AV E Abdominal transverso Abductor del meñique Abductor hallucis Abductor pollicis Acetilcolina Actina Aductor pollicis Agonistas Anconeo Antagonistas Aponeurosis Banda o zona H Bandas A Bandas I Bíceps braquial Bíceps femoral Braquial Braquiorradial Buccinador Cigomático Contracción isométrica Contracción isotónica Contracción muscular Cuádriceps femoral Deltoides Diafragma Elevador de la escápula Elevador del labio superior Endomisio Epimisio Esternocleidomastoideo Extensor del carpo

Extensor digital Extensor hallucis Extensor pollicis Fascia Fascia lata Fascículo Fascículos Fibrilación Flexor del carpo Flexor digital Flexor hallucis Flexor pollicis Fosfocreatina Frontal Gastrocnemio Glúteo mayor Glúteo medio Glúteo mínimo Grácil Ilíaco Infraespinoso Inserción Intercostales internos Intercostales internos Interóseo Latísimo dorsal Ley del todo o nada Línea Z Masetero Masticación Miosina Músculo cardiaco Músculo liso

Oblicuo externo Oblicuo inferior Oblicuo interno Oblicuo superior Occipital Oponente del pulgar Orbicular del labio Origen Pectoral mayor Pectoral menor Perimisio Peroneo largo Plantar Poplíteo Potencial de acción Potencial de reposo Potencial eléctrico Pronador cuadrado Pronador redondo Psoas2 Pterigoideos Recto abdominal Recto femoral Recto inferior Recto lateral Recto medial Recto superior Redondo menor Retículo sarcoplásmico Romboide Sarcolema Sarcómero Sartorio (continúa)

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

C O N C E P T O S C L AV E ( c o n t i n u a c i ó n ) Semimembranoso Semitendinoso Serrato anterior Sinergistas Sistema sarcotubular Sistema T o túbulos T Sóleo Supinador

Supraespinoso Temporal Tercer peroneo Tibia anterior Tibia posterior Tono Trapecio Tríceps braquial

INTRODUCCIÓN Conforme lees esta introducción, los músculos esqueléticos mueven tus ojos para leer las palabras. Los músculos te permitieron tomar este libro y abrirlo en la página correcta. Caminaste a tu escritorio y probablemente tomaste este libro de alguna repisa. Todas estas acciones te permiten funcionar en el ambiente. Además, el músculo liso contiene la sangre de tus arterias y venas, los alimentos que has ingerido están siendo empujados a través de tu tracto digestivo, y la orina está siendo transportada de tus riñones, mediante los uréteres, hacia tu vejiga. Mientras tanto, el músculo cardiaco está bombeando sangre, transportando oxígeno y nutrientes a tus células corporales y llevándose los desechos. Los músculos componen aproximadamente de 40% a 50% del peso corporal. Nos permiten realizar tareas físicas de resistencia (correr o jugar algún deporte) y de gracia (ballet, patinaje artístico). Cuando se contraen, llevan a cabo el movimiento del cuerpo como un todo y causan que nuestros órganos internos funcionen de manera apropiada. Los músculos del diafragma, pecho y abdomen nos permiten respirar. Observa el Mapa conceptual 9-1: Sistema muscular.

LOS TIPOS DE MÚSCULO A partir de la discusión sobre los tejidos, que revisaste en el Capítulo 5, puedes recordar que existen tres tipos de tejido muscular: esquelético o estriado, liso o visceral, y cardiaco. Recuerda que el músculo esquelético es voluntario, es decir, podemos controlar sus contracciones. Bajo el microscopio, las células del músculo esquelético son multinucleadas y estriadas; observamos bandas oscuras y claras que se alternan. En cambio, el músculo liso es involuntario, uninucleado y no estriado. Se encuentra en lugares como el tracto digestivo. El músculo cardiaco es involuntario, estriado y uninucleado, sólo se encuentra en el corazón.

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Tropomiosina Troponina Unidad motora Vasto intermedio Vasto lateral Vasto medial

LA ANATOMÍA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO O ESTRIADO Las células esqueléticas maduras son las fibras musculares largas y delgadas, que tienen una longitud que va desde 1 a 50 mm de longitud y de 40 a 50 micrómetros de diámetro (Figura 9-1). Gracias a esta estructura celular única, es decir, que su longitud sea mucho mayor que su amplitud, las células musculares también se conocen como fibras de músculo esquelético. Además, cada célula o fibra muscular es multinucleada y se encuentra rodeada por una membrana celular especial. Dicha membrana está polarizada eléctricamente y se conoce como sarcolema. El cual está rodeado por el primero de tres tipos de tejido conectivo que se encuentra en el músculo, el endomisio, que es un tipo de tejido conectivo delicado. Como estudiamos en la Figura 9-1, podemos ver que el músculo consiste de cierto número de haces, llamados fascículos. Cada haz de células musculares se conoce como un fascículo, y está rodeado por otra capa de tejido conectivo llamada perimisio. Esto se puede observar a simple vista. El perimisio se conecta con el tejido conectivo grueso que rodea al músculo, el epimisio. Estas tres capas de tejido conectivo actúan como un cemento que mantiene a todas las células y haces musculares juntas. Por si esto no fuese suficiente, una capa de tejido areolar cubre el tronco muscular por encima del epimisio, esto se denomina fascia muscular. Cuando el músculo esquelético se observa bajo el microscopio, las células parecen tener un patrón de bandas claras y oscuras, al que nos referimos como estrías. Las estriaciones se deben a la yuxtaposición de bandas claras y oscuras de proteínas sobre las miofibrillas. Las oscuras se componen de filamentos gruesos de la proteína miosina. Siendo gruesos estos filamentos aparecen de color oscuro, y se denominan bandas A (un “tip” para recordar: la última letra en la palabra obscura es la A). Las bandas claras se componen de filamentos delgados de actina; que al ser tan delgados se observan de un color

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

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Sistema muscular

posee una

Estructura específica

realiza

Funciones específicas

permite

que involucran Contracción

Epimisio (fascia profunda)

rodeado por

produce

Músculo esquelético (vientre muscular)

Movimiento de la piel

Mantenimiento de la postura

produce

Movimientos esqueléticos

Generación de calor

permite

Perimisio

rodeado por

consiste de

Haces musculares (fascículos)

Expresiones faciales

Reproducirnos

Comer, moverse, otras actividades

Respirar

consiste de

Endomisio

rodeado por

controlada para Célula muscular (fibra muscular)

Mantener los niveles de O2 y CO2 en los fluidos extracelulares

ayuda en Mantener la temperatura corporal

MAPA CONCEPTUAL 9-1. Sistema muscular.

claro bajo el microscopio. Estas bandas se conocen como bandas I. Hay otras marcas importantes. Se puede observar una banda delgada que se tiñe de color oscuro en la región central de las bandas I, esta región parece una serie de letras “Z”, una encima de la otra, y por lo mismo se denomina línea Z. La sección de color ligeramente oscuro en las bandas A se conoce como banda o zona H.

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Éste es el punto donde los filamentos de miosina son más gruesos y en donde no existen puentes cruzados entre ellos. El área entre dos líneas Z adyacentes se denomina sarcómero. Es aquí en donde a nivel molecular, ocurre el proceso de contracción gracias a interacciones químicas, las cuales discutiremos más adelante. La microscopia electrónica también ha revelado el hecho de que las fibras musculares (miles de unidades

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Músculo

Fascia Epimisio Perimisio Endomisio

Fascículo Fibra muscular o célula

Retículo sarcoplásmico Borde del sarcolema

Túbulo t

Miofibrilla

Retículo sarcoplásmico y túbulos t formando una tríada

Sarcómero

Línea m Línea z Actina

Miosina

Miofilamentos

Puente entrecruzado Línea z

© Delmar/Cengage Learning

Banda a Zona o banda h

Banda i

FIGURA 9-1. La anatomía del músculo esquelético a niveles microscópico, celular y molecular.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

que componen una célula muscular) están rodeadas por estructuras compuestas de membranas con forma de vesículas y túbulos. Estas estructuras constituyen lo que se conoce como sistema sarcotubular. El sistema sarcotubular tiene dos componentes: los túbulos T y el retículo sarcoplásmico. Los túbulos del sistema T son continuos a la membrana o sarcolema de la fibra muscular, y forman una malla perforada de fibrillas musculares individuales. El retículo sarcoplásmico forma una cortina irregular alrededor de cada fibrilla. Regresa a la Figura 9-1 para analizar otra vez estas complejas estructuras. Este sistema T promueve la transmisión rápida de un impulso nervioso en la membrana celular, para que llegue a las miles de fibrillas que conforman la célula muscular. Se podría decir que una célula muscular es como la hebra de un hilo. Si la pones bajo el microscopio, podrás observar que se compone de miles de unidades más pequeñas. Por lo tanto, la célula o fibra muscular se compone de unidades aún más pequeñas conocidas como miofibrillas. A nivel molecular, cada una se compone de filamentos microscópicos de las proteínas miosina (que es gruesa y de color oscuro) y actina (que es delgada y aparece de color claro bajo el microscopio).

LA FISIOLOGÍA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR Para comprender cómo se contrae un músculo, primero es necesario describir lo que es una unidad motora y las propiedades de las células musculares. Primero discutamos lo que es una unidad motora. Todas las células musculares inervadas por una neurona motora se denominan unidad motora, pues (las células musculares) siempre se excitan de manera simultánea, y por ende, se contraen juntas. Es importante recordar que las divisiones terminales o terminaciones axónicas de la neurona motora se distribuyen a todo lo largo del músculo. La estimulación de una sola unidad motora origina una contracción débil pero constante en una gran área del músculo, más que una contracción fuerte en un punto específico. Los músculos que controlan los movimientos finos (como los músculos del ojo) se caracterizan por la presencia de pocas fibras musculares en cada unidad motora. Otra manera de expresarlo sería decir que la proporción de fibras nerviosas a células musculares es alta. Por ejemplo, cada unidad motora presente en el músculo ocular contiene cerca de 10 células musculares. Sin embargo, los movimientos gruesos (como levantar un objeto con tu mano) contendrán una unidad motora con 200 o más células musculares. En promedio, una sola fibra nerviosa inerva cerca de 150 células musculares. Las células musculares poseen cuatro propiedades: excitabilidad, conductividad, contractilidad y elasticidad. Las fibras musculares pueden ser excitadas por un estímulo. En nuestros cuerpos este estímulo es una célula nerviosa. En el laboratorio podemos estimular y excitar

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un músculo mediante descargas eléctricas. Además de poder excitarse, todo el protoplasma de las células musculares posee la propiedad de ser conductivo, lo que permite que la respuesta viaje a lo largo de la célula. El tipo de respuesta dependerá del tipo de tejido que sea excitado. En las células musculares la respuesta es la contracción. La elasticidad permite que las células musculares regresen a su posición original después de una contracción. La interacción de tres factores origina la contracción muscular: factores neuroeléctricos, interacciones químicas y fuentes energéticas.

Factores neuroeléctricos Alrededor de la membrana de las fibras musculares, o sarcolema, se encuentran los iones. Observa la Figura 9-2 para analizar la distribución eléctrica. La distribución iónica es tal que existe una mayor concentración de iones potasio (K+) al interior de la célula que fuera de ésta, mientras que la concentración de iones de sodio (Na+) es mayor fuera de la membrana celular que en el interior. Estos iones presentan una carga positiva. Gracias a su distribución inequitativa, existe una distribución eléctrica alrededor de la célula muscular. El interior de la célula tiene carga negativa y el exterior está cargado positivamente. Esta situación se conoce como el potencial de reposo de la célula muscular. Conforme el impulso nervioso alcanza la coyuntura neuromuscular, donde las terminales axónicas de las células nerviosas se encuentran próximas al músculo y sus numerosas células, se desencadena la liberación de una sustancia neurotransmisora conocida como acetilcolina. Esta sustancia química afecta la membrana de la célula muscular. Causa que los iones de sodio (que se mantenían fuera de la célula durante el potencial de reposo) penetren a la célula muscular. Este flujo rápido de iones de sodio crea un potencial eléctrico que viaja en ambas direcciones a lo largo de la célula muscular a una tasa de 5 metros por segundo. Este flujo de Na+ hace que el interior de la célula deje de ser negativo para hacerse positivo. Ésta es una señal para que la célula muscular genere su propio impulso, llamado potencial de acción. Es la indicación para contraerse. Mientras tanto los iones de potasio que se mantenían dentro de la célula comienzan a moverse al exterior para restaurar el potencial de reposo, pero no pueden volver a este estado porque siguen entrando demasiados iones de sodio. Este potencial de acción no sólo viaja sobre la superficie de la membrana de la célula muscular, sino que pasa por la célula mediante los túbulos T y también por todas las células que componen el músculo. Este potencial de acción causa que el retículo sarcoplásmico libere los iones de calcio al líquido que rodea a las miofibrillas de las células musculares. Alrededor de los miofilamentos de actina existen dos sustancias inhibitorias: troponina y tropomiosina. Observa la Figura 9-3. Estas sustancias impiden que los filamentos de miosina y actina interactúen. Sin embargo, cuando el retículo sarcoplásmico

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

La concentración de iones de potasio (K+) es mayor al interior celular La concentración de iones de sodio (Na+) es mayor al exterior celular El interior de la célula presenta carga negativa y fuera carga positiva Terminales axónicas de las células nerviosas Unión neuromuscular

−−− −−−

Na+

−− −−

K+

Sarcolema de la célula muscular

Na+

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

K+

K+

Na+

K+

K+

Na+

K+

K+

K+

K+

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Na+

Na+

Na+

Na+

K+

© Delmar/Cengage Learning

Na+

FIGURA 9-2. Factores iónicos y neuroeléctricos que afectan a las células de músculo esquelético.

libera los iones de calcio, la acción de estas sustancias inhibitorias queda relegada. La liberación de los iones de calcio es la que promueve el proceso de contracción a nivel molecular en los miofilamentos. Cuando el potencial de acción deja de estimular la liberación de los iones de calcio del retículo, estos iones comienzan a regresar y se acumulan en el retículo sarcoplásmico. El mecanismo responsable de esta acción es la bomba de sodio-potasio de la membrana de las células musculares. Conforme los iones de sodio entran a la célula y el potasio sale, para tratar de restaurar el potencial de reposo, la bomba de sodiopotasio comienza a operar para restaurar la distribución iónica de vuelta al potencial de reposo normal. La contracción ocurre en milésimas de segundo, y una vez que la bomba de sodio-potasio restaura la distribución iónica, la contracción cesa porque el potencial de acción se detiene y todos los iones de calcio se unen de nuevo al retículo. Se requiere una serie continua de potenciales de acción para sostener la contracción muscular. Ahora discutamos las interacciones químicas con los iones de calcio.

Interacción química En 1868, un científico alemán llamado Kuhne extrajo una proteína muscular a partir de una solución salina concentrada, a la que denominó miosina. En 1934, se demostró que la miosina se gelificaba formando hebras. Poco después, se descubrió que las hebras de miosina se alargaban cuando se ponían en contacto con trifosfato de adenosina (ATP). No fue sino hasta 1942 que los

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científicos descubrieron que la miosina no era homogénea, y que de hecho, existía otra proteína en el músculo, distinta a la miosina, a la que denominaron actina. En realidad, las unidades de actina se unen con la miosina para formar la actomiosina durante el proceso de la contracción. La liberación de los iones de calcio del retículo sarcoplásmico inhibe la actividad de la troponina y la tropomiosina, que mantenían separados a los filamentos de miosina y actina. Los iones de calcio se unen a la troponina y hacen que la miosina tome su forma activa. Los filamentos de miosina tienen cabezas grandes que contienen moléculas de ATP. La miosina activada libera la energía del ATP en el sitio activo de la actina, cuando se alinea con ésta para formar la actomiosina. La unión con la cabeza de la miosina, crea un puente entrecruzado que jala los filamentos de actina hacia el interior, entre los filamentos de miosina y descompone el ATP en difosfato de adenosina (ADP) y PO4 mientras libera energía, para causar la contracción. Observa la Figura 9-4. El acortamiento de los elementos contráctiles en el músculo se lleva a cabo por el traslape de los filamentos de actina sobre los de miosina. El ancho de las bandas A permanece constante mientras que las líneas Z se acercan durante la contracción (Figura 9-1). Cuando la bomba de sodio-potasio (Figura 9-5) ha restaurado el potencial de acción de la célula y los iones de sodio salen de ésta, y los de potasio regresan al interior, el potencial de acción se detiene y los iones de calcio son reabsorbidos por el retículo sarcoplásmico. En este momento

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

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Cabeza

Dos cadenas polipeptídicas se entrelazan para formar un superenrrollamiento

(A)

Molécula de miosina

(B) Miofilamento de miosina

Complejo de troponina

Tropomiosina

© Delmar/Cengage Learning

Molécula de actina

(C)

Miofilamento de actina

FIGURA 9-3. La estructura de los miofilamentos de actina y miosina dentro de una célula muscular. (A) Molécula de miosina.

(B) Miofilamento de miosina. (C) Miofilamento de actina.

cesa la contracción y los filamentos de actina se liberan de la miosina, ocasionando que las líneas Z se separen de nuevo. Este proceso tan complejo ocurre en 1/40 de segundo. Piensa que sólo hemos discutido una pequeña parte de los filamentos de una célula muscular.

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Existen miles de miofilamentos en una sola célula muscular, y los músculos, como tus bíceps, contienen cientos de miles de células musculares, todas interactuando y coordinándose a nivel molecular para poder llevar a cabo una contracción.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Potencial de acción Sarcolema

Túbulo T Retículo sarcoplásmico Miofibrilla

Ca++ Troponina

La troponina se va del sitio activo

El calcio se une a la troponina

Actina Tropomiosina

ADP +P Miosina

Paso 1:

ADP +P ADP +P

Puente entrecruzado Paso 2:

Paso 3:

ADP +P

ATP

Paso 4:

Paso 5:

© Delmar/Cengage Learning

Sitio activo

FIGURA 9-4. La interacción de los puentes entrecruzados de miosina con los filamentos de actina, acerca a las moléculas de actina

con las de miosina, dando como resultado una contracción.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

K+

K+

Na+

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Na+ Na+

K 3

2 1

K 4

ADP Na+ Na+

K+

P

ATP

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P

K+

Na+

FIGURA 9-5. La bomba de sodio-potasio en la membrana de una célula muscular.

Fuentes energéticas Las células musculares convierten energía química (ATP) en energía mecánica (contracción). Esta fuente energética proviene de las moléculas de ATP (Capítulo 4). Actina + miosina + ATP → actomiosina + ADP + PO4 + energía (que causa la contracción). La energía que se consigue gracias a la degradación del ATP se usa cuando los filamentos de actina y de miosina se traslapan. El ATP se sintetiza durante la glucólisis, el ciclo de Krebs o del ácido cítrico, durante el transporte de electrones, y en las células musculares mediante la degradación de la fosfocreatina. En la glucólisis, que recordarás después de haber leído el Capítulo 4, la glucosa presente en la sangre, entra a las células, donde es degradada químicamente mediante una serie de reacciones que producen ácido pirúvico. Se libera una pequeña cantidad de energía de la molécula de glucosa con una ganancia neta de dos moléculas de ATP. En el ciclo del ácido cítrico de Krebs y el transporte de electrones, si hay oxígeno presente, el ácido pirúvico se descompone hasta llegar a producir CO2, H2O y 36 moléculas más de ATP. Si no hay oxígeno presente en la célula muscular, el ácido pirúvico cambia a ácido láctico y éste se acumula en las células, dando una producción de sólo dos moléculas de ATP hasta que vuelva a haber oxígeno suficiente. Las células musculares tienen otras dos fuentes adicionales de ATP. La fosfocreatina se puede encontrar solamente en el tejido muscular, y provee una fuente rápida de ATP para su contracción. Cuando los músculos se encuentran en reposo, el exceso de ATP no se requiere para la contracción, por lo que el fosfato se transfiere a la creatina para construir una reserva de fosfocreatina. Durante un momento de ejercicio vigoroso, la fosfocreatina transfiere su grupo fosfato al ADP para liberar ATP y

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creatina, abasteciendo al músculo con una fuente adicional de ATP. La reacción general es reversible: fosfocreatina + ADP ↔ creatina + ATP. Además, las células del músculo esquelético pueden absorber los ácidos grasos libres que encuentran en la sangre y degradarlos, obteniendo otra fuente de energía para producir CO2, H2O y ATP. Por supuesto, durante cualquier contracción, se produce calor como producto de desecho. En resumen, las células musculares tienen cuatro fuentes de ATP para la energía que requiere la contracción: 1. Glucosa + 2 ATP → CO2 + H2O + 38 ATP (aeróbico) 2. Glucosa + 2 ATP → 2 ácido láctico + 2 ATP (anaeróbico) 3. Fosfocreatina + ADP → creatina + ATP 4. Ácidos grasos libres → CO2 + H2O + ATP En estos procesos, la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico de Krebs y el transporte de electrones juegan un papel vital.

LA CONTRACCIÓN MUSCULAR Cuando se estudia la contracción de un músculo esquelético, en el laboratorio, al aplicar una carga eléctrica al músculo, el análisis de la contracción se conoce como contracción muscular (Figura 9-6). Este análisis, revela un breve periodo latente después del estímulo, justo antes de que comience la contracción. Este periodo de latencia, es seguido por otro de contracción, al cual le sigue un periodo de relajación. El de latencia ocurre porque el potencial de reposo de las células musculares debe cambiar al potencial eléctrico, y esto se logra conforme entran los iones de sodio. El origen de esta acción es la acetilco-

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Contracción muscular Acortamiento

Relajación

E s t í m u l o

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Latente

FIGURA 9-6. Análisis de laboratorio de una contracción

muscular.

lina liberada por las terminales axónicas de las células nerviosas. El potencial eléctrico se convierte en un potencial de acción, y la señal viaja a través de los túbulos T para llegar al retículo sarcoplásmico. Después, los iones de calcio son liberados hacia el fluido que rodea las miofibrillas de actina y miosina, dando lugar a la contracción. Una vez que la bomba de sodio-potasio comienza a funcionar, el calcio es reabsorbido y ocurre la relajación. La fuerza de la contracción depende de varios factores: la fuerza del estímulo (un estímulo débil no logra una contracción); la duración del estímulo (aún cuando el estímulo sea fuerte, si se aplica por un milisegundo puede que no sea suficiente para que sea efectivo); la velocidad de la aplicación (un estímulo fuerte aplicado rápidamente puede no tener efecto aún cuando sea fuerte); el peso de la carga (uno puede levantar un bote de basura con una mano, pero no puede levantar una mesa); y, finalmente, la temperatura (los músculos operan mejor a una temperatura corporal normal, 37˚C o 98.6˚F en humanos). Un estímulo que sea lo suficientemente fuerte para incitar una respuesta en una célula muscular individual, producirá una contracción máxima. Puede que la contracción ocurra o no lo haga. Esto se conoce como ley del todo o nada.

TONO MUSCULAR El tono se define como una propiedad muscular en donde un estado constante de contracción parcial puede ser sostenido. Algunas células musculares en un músculo particular siempre se contraerán mientras otras permanecen en reposo. Después, las que estaban en reposo se contraen, mientras que las que se contraían entran en relajación. Esto nos permite, por ejemplo, mantener la postura corporal por periodos largos sin mostrar síntomas de cansancio, debido a que los estímulos nerviosos se alternan entre varios grupos de células musculares, permitiendo que todas éstas tengan periodos de reposo. El tono se refiere al grado de firmeza que exhiben los músculos esqueléticos mientras mantienen una tensión ligera pero constante sobre los huesos que unen. El tono mantiene la presión sobre los contenidos del abdomen,

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mantiene la presión sanguínea en las arterias y venas, y ayuda en la digestión al estómago y los intestinos. Existen dos tipos de contracción. Cuando levantamos una pesa, los músculos se acortan y engrosan. En este tipo de contracción, el tono o la tensión permanecen iguales, por lo que se conoce como una contracción isotónica. Cuando empujamos una pared o intentamos levantar algo muy pesado, los músculos permanecen a una longitud constante mientras que la tensión muscular incrementa, esto se conoce como una contracción isométrica. A partir de este hecho, se ha desarrollado una serie de ejercicios, denominados ejercicios isométricos (como entrelazar los dedos de las manos y jalarlas hacia delante para desarrollar los bíceps). Estos ejercicios ayudan a desarrollar el tono o firmeza de los músculos.

LA ANATOMÍA DEL MÚSCULO LISO El músculo liso se encuentra en las estructuras del cuerpo que tienen luz, como los intestinos, vasos sanguíneos y la vejiga urinaria. No puede ser controlado voluntariamente porque está bajo el mando del sistema nervioso autónomo, y también puede ser estimulado mediante hormonas. Cada célula de músculo liso contiene un solo núcleo alargado, y gracias a que sus fibras son más delgadas que las del músculo esquelético, las estrías producidas por los arreglos de miosina y actina no son visibles. Las células se conectan por fibrillas que se extienden a la célula adyacente. En las estructuras como el intestino delgado, el músculo liso presenta un arreglo en dos capas, una capa longitudinal externa, y una capa circular interna. La contracción de estas dos capas, donde la capa circular se contrae primero, resulta en la reducción de la longitud y en la circunferencia del tubo. Esta contracción impulsa el contenido en una sola dirección, por ejemplo, los alimentos digeridos o el quimo en el intestino, o la sangre, cuando se trata de las arterias o venas. Las células de músculo liso producen una contracción más lenta que la del músculo esquelético, pero la contracción del músculo liso permite mayor extensión muscular. En el músculo liso, las fibras de actina y de miosina no se encuentran organizadas de forma regular, por lo que este tipo de músculo no presenta una apariencia estriada. Por ende, la contracción ocurre de forma similar, pero sin el arreglo regular de las fibrillas. Las fibrillas se deslizan juntas y de forma rítmica acortan la célula, pero una onda lenta de contracción pasa por toda la masa muscular conforme el impulso nervioso alcanza una célula y se transmite al resto de las fibras o células musculares.

LA ANATOMÍA DEL MÚSCULO CARDIACO El músculo cardiaco no puede ser influenciado por nuestra voluntad, pues, al igual que el músculo liso, se encuentra bajo el control del sistema nervioso autónomo.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

ALERTA SANITARIA

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MÚSCULOS FUERTES

Para mantener músculos fuertes y saludables, es necesario ejercitarlos diariamente. Después de una buena noche de sueño, levántate de la cama y haz estiramientos. Comienza por mover lentamente tus brazos y piernas; camina hacia algún lugar con aire fresco y toma bocanadas profundas, estirando tus músculos de la respiración y llenando tus pulmones a su capacidad máxima. Esta acción puede establecer tu rutina de moverte y estirarte mediante actividades diarias. La caminata es uno de los mejores ejercicios para mantener músculos saludables. Permanece relajado mientras te estiras, comienza lentamente para calentar los músculos y después muévete con un ritmo más riguroso. Aún cuando corras o levantes pesas, trata de permanecer relajado, porque la tensión pone un esfuerzo extra sobre los músculos y puede causarles daño. Conforme crecen los niños, edúcalos para que comprendan la importancia de ejercitarse y las ventajas que tienen al mantener unos músculos y huesos saludables. El ejercicio regular debe volverse parte de las rutinas diarias de nuestra vida. Incluso los adultos mayores deben ser apremiados para tomar caminatas diarias. ¿Has notado a los viejos vendedores de supermercado cuando caminan antes de que abran las tiendas? Los individuos que han sido confinados a tomar reposo en cama, deben ser realineados en distintas posiciones corporales varios días antes de que se les permita estirar los músculos que no han estado trabajando. El ejercicio diario, como caminar o correr, o levantar pesas, te ayudará a mantener un sistema muscular saludable.

Es uninucleado, como el músculo liso; sin embargo, se encuentra estriado al igual que el músculo esquelético. El músculo cardiaco tiene otra cualidad distintiva. Si se estimula una célula cardiaca, todas las células o fibras se estimulan, por lo que todas las células musculares se contraen al mismo tiempo. Además, las que se contraen más rápido controlan la velocidad de otras, causando que todas se contraigan a una tasa más veloz. El ritmo rápido del músculo cardiaco se debe a una propiedad especial de este tipo de célula, pues cuando recibe un impulso, se contrae, se relaja de inmediato, y después está lista para recibir otro impulso. Estos eventos ocurren cerca de 75 veces por minuto. Sin embargo, el periodo de una contracción individual es más lento en el músculo cardiaco (cerca de 0.8 segundos) que el del músculo liso, que es mucho más rápido (cerca de 0.09 segundos). Si se producen contracciones descontroladas de células individuales, ocurre lo que conocemos como fibrilación. La fibrilación sucede cuando el corazón es incapaz de bombear sangre de manera apropiada, lo que, a su vez, puede conducir a la muerte.

NOMBRES Y FUNCIONES DE LOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS Los músculos pueden ser nombrados de acuerdo a sus acciones (aductor, flexor, extensor); de acuerdo a su forma

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(cuadrado, trapecio); a su origen e inserción (esternocleidomastoideo); a su ubicación (frontal, tibial, radial); a su número de divisiones (bíceps, tríceps, cuádriceps); y, finalmente, de acuerdo a la dirección en la que corren sus fibras (transversal, oblicuo). La unión fija de un músculo, que funciona como base para su acción, se conoce como su origen. La unión movible, donde se pueden ver los efectos de la contracción, es la inserción. El origen es la unión proximal (cercana al esqueleto axial) del músculo con el hueso; la inserción es la unión distal (lejos del esqueleto axial) a otro hueso. La mayoría de los músculos esqueléticos voluntarios no se insertan directamente al hueso, sino que se insertan mediante fibras de colágena que son fuertes, no elásticas y blanquecinas, éstas se conocen como tendones. Los tendones varían en su longitud, pueden ser desde una fracción de pulgada, hasta tener una longitud de 30 cm, como el tendón de Aquiles en la pierna inferior, que se inserta en el talón. Cuando un tendón es ancho y plano se le conoce como aponeurosis. Los músculos tienen distintas formas y tamaños. Los músculos que flexionan una extremidad en una articulación se denominan flexores. Los músculos que estiran una extremidad en una articulación se conocen como extensores. Si una extremidad se mueve lejos de la línea media, quiere decir que un abductor está haciendo su trabajo; sin embargo, si la extremidad se acerca hacia la línea media, el que trabaja es un aductor. Los músculos que hacen girar una extremidad son rotadores. En los

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

movimientos del tobillo, los músculos de dorsiflexión giran el pie hacia arriba, y los músculos de flexión plantar lo anclan al piso. En los movimientos de la mano, cuando se extiende el brazo y la palma ve en dirección hacia el piso, se está haciendo una pronación, mientras que cuando la palma ve hacia arriba, se hace una supinación. Los elevadores levantan una parte del cuerpo, y los depresores, hacen que descienda. Consulta el Capítulo 8 para revisar todos los movimientos posibles de las articulaciones sinoviales. Al realizar cualquier movimiento, como doblar la pierna mediante la articulación de la rodilla, los músculos que realizan el movimiento se conocen como los motores primarios o agonistas. En este caso, los músculos que estiran la rodilla son los antagonistas. Los agonistas o la fuerza motriz, se deben relajar para que los antagonistas realicen su función, y viceversa. Los sinergistas son los músculos que ayudan a los agonistas.

FUNCIÓN Y UBICACIÓN DE ALGUNOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS Los músculos superficiales del cuerpo son los que se pueden encontrar debajo de la piel (Figura 9-7). Algunas partes del cuerpo, como los brazos y piernas, tienen hasta tres capas musculares diferentes (superficial, media y profunda). Otras áreas sólo presentan músculos superficiales, como el área del cráneo. Estos músculos se pueden observar con facilidad en un humano, principalmente en los fisicoculturistas y atletas. Estos individuos se ejercitan regularmente, desarrollando sus músculos superficiales.

Músculos de la expresión facial Varios músculos están involucrados en la creación de expresiones faciales y de lenguaje corporal (Figura 9-8). La Tabla 9-1 enlista los músculos y las funciones que realizan. El occipital retrae el cuero cabelludo. El frontal eleva tus cejas y frunce la piel de tu frente. Los músculos cigomáticos están involucrados en las sonrisas y la risa. El elevador del labio superior levanta tu labio superior. El orbicular del labio cierra tus labios, y el buccinador comprime tus mejillas. Estos dos músculos están involucrados en fruncir los labios para dar un beso.

Músculos de la masticación La masticación se da con el movimiento de algunos músculos muy fuertes. La Tabla 9-2 enlista los músculos de la masticación y las funciones que realizan. El masetero y

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el temporal son los músculos principales, involucrados en cerrar tu mandíbula al dar una mordida. Son asistidos por los músculos pterigoideos.

Músculos del ojo Los músculos que mueven los ojos son únicos porque no se insertan en los huesos, sino que se insertan en el globo ocular. La Tabla 9-2 enlista los músculos que mueven los ojos y las funciones que realizan. El recto superior eleva los ojos; el recto inferior los baja. El recto medial mueve los ojos hacia la línea media y el recto lateral los mueve de forma lateral. El oblicuo superior y el inferior se encargan de rotar al ojo sobre un eje.

Músculos que mueven la cabeza El músculo principal en el movimiento de la cabeza es el esternocleidomastoideo (Figura 9-8). La Tabla 9-3 enlista los músculos de la cabeza y las funciones que realizan. La contracción de ambos esternocleidomastoideos causa la flexión del cuello; la contracción de uno a la vez, resulta en la rotación hacia la izquierda o derecha. Otros músculos del cuello ayudan al esternocleidomastoideo a mover la cabeza.

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™ encontra encontrarás un juego interactivo en donde podrás nombrar los músculos de la cabeza y el cuello.

Músculos que mueven la cintura escapular Los músculos que mueven la escápula son los elevadores escapulares, los romboides, el pectoral menor y el trapecio. El trapecio se puede ver superficialmente entre el cuello y la clavícula. Observa la Figura 9-7 para analizar la anatomía superficial de los músculos del tórax. El serrato anterior tiene la forma del diente de una sierra en la parte lateral superior del pecho. Todos estos músculos mueven la escápula. La Tabla 9-3 enlista los músculos que mueven la cintura escapular y las funciones que realizan.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Frontal

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Temporal Orbicular ocular

Orbicular de los labios

Masetero

Esternocleidomastoideo Trapecio Deltoides Pectoral mayor

Bíceps braquial Serrato anterior Recto abdominal

Oblicuo externo Línea alba Extensores de la mano Flexores de las manos y dedos Tensor de la fascia lata

Aductores de las ingles

Sartorio

Recto femoral

Vasto lateral Rodilla

Vasto medio

Ligamento de la rodilla

Tibial anterior

Gastrocnemio Sóleo Tibial © Delmar/Cengage Learning

Peroneo largo

FIGURA 9-7A. Los músculos superficiales del cuerpo (vista anterior).

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Occipital

Esternocleidomastoideo Trapecio Séptima vértebra cervical

Deltoides Redondo menor Infraespinoso

Redondo mayor Tríceps braquial

Romboide mayor

Latísimo dorsal

Extensores de las manos y dedos Glúteo mayor

Tracto iliotibial Aductor mayor

Bíceps femoral

Grácil

Semitendinoso

Corva

Semimembranoso

Gastronecmio

Peroneo largo

Sóleo

Peroneo corto

Tendón de Aquiles

© Delmar/Cengage Learning

Tendón (Aquiles)

FIGURA 9-7B. Los músculos superficiales del cuerpo (vista posterior).

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

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Frontal

Orbicular de los ojos

Masetero Buccinador

Platisma

Orbicular de los labios Platisma

© Delmar/Cengage Learning

Esternocleidomastoideo

FIGURA 9-8A. Algunos músculos del cuello y la cabeza (vista anterior).

Músculos que mueven el húmero La mayor parte de los músculos que mueven el húmero se originan en los huesos de la cintura escapular (Figura 9-9). La Tabla 9-4 enlista los músculos que mueven el húmero y las funciones que realizan. El pectoral mayor flexiona y aduce el brazo. El latísimo dorsal extiende, aduce y rota el brazo en la línea media. Como estos movimientos se usan con regularidad en la natación, este músculo también se conoce como músculo de nadador. Los siguientes músculos se conocen como rotadores. El redondo menor aduce y rota el brazo. El deltoide

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abduce el brazo y también es el músculo que recibe las inyecciones. El supraespinoso también abduce el brazo. El infraespinoso rota el brazo.

Músculos que mueven el codo Tres músculos flexionan el antebrazo en el codo, el braquial, el bíceps braquial y el braquiorradial. La Tabla 9-5 enlista los músculos que mueven el codo, así como las funciones que realizan. Dos músculos se encargan de extender el brazo: el tríceps braquial y el anconeo.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Frontal

Temporal

Occipital

Orbicular de los ojos

Arco cigomático

Buccinador Masetero Orbicular de los labios Esternocleidomastoideo

Trapecio Elevador de la escápula © Delmar/Cengage Learning

Platisma

FIGURA 9-8B. Algunos músculos del cuello y cabeza (vista lateral). Tabla 9-1

Músculos de la expresión facial

Músculo

Función

Occipital

Retrae el cuero cabelludo

Frontal

Eleva las cejas, frunce la piel de la frente

Cigomático menor

Levanta el labio superior hacia arriba y hacia el exterior

Elevador superior del labio

Levanta el labio superior

Elevador superior del labio y del ala de la nariz Levanta el labio superior y dilata la narinas Buccinador

Comprime las mejillas y retrae el ángulo

Cigomático mayor

Empuja el ángulo de la boca hacia arriba y hacia atrás cuando nos reímos

Mentalis

Eleva y hace sobresalir el labio inferior, como cuando dudamos

Orbicular del labio

Cierra los labios

Risorio

Músculos de las sonrisas

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Tabla 9-2

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Músculos de la masticación y músculos que mueven los ojos

Músculos de la masticación Músculo

Función

Masetero

Cierra la mandíbula

Temporal

Eleva la mandíbula y cierra la boca; retrae la mandíbula

Pterigoideo medio

Eleva la mandíbula; cierra la boca

Pterigoideo lateral (doble cabeza)

Lleva la mandíbula hacia delante

Músculos extrínsecos del ojo Músculo

Función

Recto superior

Mueve los ojos hacia arriba

Recto inferior

Mueve los ojos hacia abajo

Recto medial

Mueve los ojos hacia el centro

Recto lateral

Mueve los ojos lateralmente

Oblicuo superior

Mueve los ojos sobre un eje

Oblicuo inferior

Mueve los ojos sobre un eje

Tabla 9-3

Músculos de la cabeza y cintura escapular

Músculos que mueven la cabeza Músculo

Origen

Inserción

Función

Esternocleidomastoideo

Dos cabezas en el esternón y clavícula

Hueso temporal

Flexiona la columna vertebral; rota la cabeza

Músculos que mueven la cintura escapular Músculo

Origen

Inserción

Función

Elevador de la escápula

Vértebras cervicales

Escápula

Eleva la escápula

Romboide mayor

2a. a 5a. vértebras torácicas

Escápula

Mueve la escápula hacia atrás y hacia arriba; ligera rotación

Romboide menor

Última cervical y 1a. vértebra torácica

Escápula

Eleva y retrae la escápula

Pectoral menor

Costillas

Escápula

Deprime el hombro y lo rota hacia abajo

Trapecio

Hueso occipital, 7a. cervical y 12a. torácica

Clavícula

Mueve la cabeza hacia los lados, rota la escápula

Serrato anterior

8a., 9a. costillas

Escápula

Mueve la escápula hacia delante, lejos de la columna, y hacia dentro y hacia abajo, en dirección al pecho

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Trapecio

Trapecio Clavícula

Pectoral mayor Deltoides Deltoides

Tríceps braquial

Tríceps braquial Bíceps braquial-cabeza corta Bíceps braquial-cabeza larga

Braquiorradial Braquial Braquiorradial

Pronador redondo

Extensor radial del carpo largo

Anconeo Flexor ulnar del carpo

Extensor radial del carpo corto

Flexor radial del carpo Palmar largo

Extensor digital común

Extensor ulnar del carpo

Flexor ulnar del carpo Flexor digital sublime

(A)

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Extensor digital del meñique

FIGURA 9-9. Músculos que mueven el brazo y los dedos: (A) vista anterior, (B) vista posterior.

Músculos que mueven la muñeca Los dos flexores del carpo flexionan la muñeca y los tres extensores del carpo la extienden con la ayuda del extensor digital común. La Tabla 9-5 enlista los múscu-

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los que mueven la muñeca, así como las funciones que realizan. Éstos se encuentran involucrados en la abducción y aducción de la muñeca. Cuando te toman el pulso, el tendón del flexor del carpo radial se usa como el sitio para localizarlo.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Tabla 9-4

Músculos que mueven el húmero

Músculo

Origen

Inserción

Función

Coracobraquial

Escápula

Húmero

Flexiona, aduce el brazo

Pectoral mayor

Clavícula; seis costillas superior y esternón

Húmero

Flexiona, aduce y rota el brazo medialmente

Redondo mayor

Escápula

Húmero

Aduce, extiende y rota el brazo medialmente

Redondo menor

Escápula

Húmero

Rota el brazo lateralmente y aduce

Deltoides

Clavícula, escápula

Húmero

Abduce el brazo

Supraespinoso

Escápula

Húmero

Abduce el brazo

Infraespinoso

Escápula

Húmero

Rota el húmero hacia el exterior

Latísimo dorsal

Seis torácicas inferiores; vértebras lumbares; sacro, íleo, cuatro costillas inferiores

Húmero

Extiende, aduce, rota el brazo medialmente, mueve el hombro hacia abajo y hacia arriba

Tabla 9-5

209

Músculos que mueven el codo y la muñeca

Músculos que mueven el codo Músculo

Función

Braquial

Flexiona el antebrazo

Tríceps braquial (tres cabezas)

Extiende y aduce el antebrazo

Bíceps braquial (dos cabezas)

Flexiona el brazo; flexiona el antebrazo; supina la mano

Anconeo

Extiende el antebrazo

Braquiorradial

Flexiona el antebrazo

Músculos que mueven la muñeca Músculo

Función

Flexor del carpo radial

Flexiona y aduce la muñeca

Flexor del carpo ulnar

Flexiona, aduce la muñeca

Extensor del carpo radial corto

Extiende y abduce la articulación de la muñeca

Extensor del carpo radial largo

Extiende y abduce la muñeca

Extensor del carpo ulnar

Extiende y aduce la muñeca

Palmar largo

Flexiona la articulación de la muñeca

Palmar corto

Tensa la palma de la mano

Extensor digital común

Extiende la articulación de la muñeca

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Músculos que mueven la mano La supinación de la mano, para que la palma vea hacia arriba, es causada por el músculo supinador. Los dos músculos que pronan la mano, para que la palma vea hacia abajo, son el pronador redondo y el pronador cuadrado. Estos músculos se encuentran debajo de los músculos superficiales, en la profundidad del brazo. La

Tabla 9-6

Tabla 9-6 enlista los músculos que mueven la mano, pulgar y dedos, así como las funciones que realizan.

Músculos que mueven el pulgar El pulgar es capaz de moverse en varias direcciones, lo que le confiere a la mano una capacidad única que separa a los

Músculos que mueven la mano, pulgar y dedos

Músculos que mueven la mano Músculo

Función

Supinador

Supina el antebrazo

Pronador redondo

Prona el antebrazo

Pronador cuadrado

Prona el antebrazo

Músculos que mueven el pulgar Músculo

Función

Flexor pollici largo

Flexiona la segunda falange del pulgar

Flexor pollici corto

Flexiona el pulgar

Extensor pollici largo

Extiende la falange terminal

Extensor pollici corto

Extiende el pulgar

Aductor pollici

Aduce el pulgar

Abductor pollici largo

Abduce, extiende el pulgar

Abductor pollici corto

Abduce el pulgar

Oponente pollici

Flexiona y opone el pulgar

Músculos que mueven los dedos Músculo

Función

Flexor digital profundo

Flexiona la falange terminal

Flexor digital mínimo corto

Flexiona el dedo meñique

Interóseo dorsal

Abduce, flexiona las falanges proximales

Flexor digital superficial

Flexiona las falanges medias

Extensor del índice

Extiende el dedo índice

Interóseo palmar

Aduce, flexiona las falanges proximales

Abductor digital mínimo

Abduce el dedo meñique

Oponente digital mínimo

Rota, abduce el quinto metacarpo

Extensor digital común

Extiende los dedos

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

humanos del resto de los animales. Podemos tomar y usar herramientas gracias a nuestro pulgar. Los dos músculos del flexor pollicis flexionan el pulgar, pollicis proviene del latín “pulgar”. Los dos extensores pollicis aducen el pulgar (Tabla 9-6). El músculo adductor pollicis aduce el pulgar; los dos abductores del pulgar lo abducen. El oponente pollici flexiona y opone el pulgar, se usa cuando escribimos.

Músculos que mueven los dedos Los músculos flexores digitales flexionan los dedos, los extensores digitales estiran los dedos. Ve a la Tabla 9-6. El dedo meñique y el índice tienen músculos separados que son similares. Los musculos interóseos, que se encuentran entre los metacarpos, causan la abducción de las falanges proximales de los dedos. Los tendones del extensor digital se pueden observar en la superficie de tu mano. Extiende tus dedos para ver estos tendones.

Tabla 9-7

211

Músculos de la pared abdominal Tres capas de músculos a lo largo del costado del abdomen constriñen y sostienen el contenido abdominal en su lugar. Del exterior al interior son: el oblicuo externo, el oblicuo interno, y el transverso abdominal. Al frente de tu vientre se encuentra el recto abdominal. Éste es el músculo que se desarrolla cuando hacemos abdominales y tratamos de tener un abdomen de “lavadero”. La Tabla 9-7 enlista los músculos de la pared abdominal y la respiración. Ve la Figura 9-10.

Músculos de la respiración El músculo principal durante la respiración es el diafragma. Su contracción causa que el aire entre a los pulmones. Cuando se relaja, el aire sale de los pulmones. Para expandir las costillas mientras llenamos de aire

Músculos de la pared abdominal y respiración

Músculos de la pared abdominal Músculo

Origen

Inserción

Función

Oblicuo externo

Ocho costillas inferiores

Cresta iliaca, lámina del recto anterior

Comprime el contenido abdominal

Oblicuo interno

Cresta iliaca

Cartílago costal de las tres o cuatro costillas inferiores

Comprime el contenido abdominal

Transverso abdominal

Cartílago de la cresta iliaca de las seis costillas inferiores

Cartílago xifoide, línea alba

Comprime el contenido abdominal

Recto abdominal

Cresta del pubis, sínfisis del pubis

Cartílago de la 5a., 6a. y 7a. costillas

Flexiona la columna vertebral, ayuda en la compresión de la pared abdominal

Músculo

Origen

Inserción

Función

Diafragma cartílago

Proceso xifoide, cartílagos costales vértebras lumbares

Tendón central

Incrementa el diámetro vertical del tórax

Intercostales externos

Borde inferior de las costillas

Borde superior de las costillas adyacentes

Junta las costillas adyacentes entre sí

Intercostales internos

Cresta sobre la superficie interior de las costillas

Borde superior de las costillas inferiores

Junta las costillas adyacentes entre sí

Cuadrado lumbar

Cresta iliaca

Última costilla y cuarta vértebra lumbar superior

Flexiona el tórax de manera lateral

Músculos de la respiración

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Pectoral mayor

Serrato anterior Recto abdominal (cubierto por una lámina) Línea alba

Recto abdominal (sin lámina) Oblicuo externo (exterior)

Ombligo Oblicuo abdominal externo

Transverso abdominal (interior) Oblicuo interno (medio) © Delmar/Cengage Learning

Cresta iliaca

FIGURA 9-10. Músculos de la pared abdominal.

los pulmones, se requiere del intercostal externo y del interno. Los intercostales externos elevan las costillas cuando respiramos o inspiramos, y los intercostales internos deprimen las costillas cuando espiramos. Analiza la Tabla 9-7.

Conexión con StudyWARE ™ Observa una animación de los músculos accesorios en tu CD-ROM de StudyWARE™.

Músculos que mueven el fémur Analiza la Tabla 9-8 para revisar la lista de músculos involucrados en el movimiento de los muslos o del fémur. Los músculos psoas e iliacos flexionan los muslos. El glúteo se compone de tres músculos: el glúteo mayor, que forma la mayor parte de éstos; el glúteo medio, donde se administran las inyecciones, y se encuentra por encima y lateral

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al mayor; y el glúteo mínimo. El glúteo mayor se extiende hasta el muslo. Existen dos músculos aductores y un abductor. El tensor de la fascia lata, que precisamente la tensa, es una banda gruesa de tejido conectivo en la porción lateral del muslo, y causa la abducción del fémur.

Músculos que mueven la articulación de la rodilla Existen seis músculos involucrados en la flexión de la rodilla, éstos se encuentran en la parte posterior de la pierna, además existen cuatro músculos involucrados en la extensión de la misma, y se pueden encontrar en la superficie anterior de la pierna (Figura 9-11). La Tabla 9-9 enlista los músculos involucrados en la flexión de la rodilla. Los flexores de la rodilla son el bíceps femoral, el semitendinoso, el semimembranoso (estos tres se conocen como los tendones de la corva), el poplíteo, el grácil, y el sartorio. Los tendones de la corva obtuvieron este nombre porque los tendones de estos músculos, en los cerdos, se usaban para suspender los jamones durante el proceso de ahumado o curado. Muchos predadores atrapan a su presa mordiendo estos tendones. Cuando una persona se “jala un tendón de la corva”, en realidad se ha desgarrado alguno de estos músculos.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Tabla 9-8

213

Músculos involucrados en el movimiento del fémur

Músculo

Origen

Inserción

Función

Psoas mayor

Proceso transversal de las vértebras lumbares

Fémur

Flexiona y rota medialmente los muslos

Psoas menor

Última vértebra torácica y lumbar

Unión con el ilion y el pubis

Flexiona el tronco

Iliaco

Última vértebra torácica y lumbar

Unión con el íleo y el pubis

Flexiona y rota el muslo medialmente y el pubis

Glúteo mayor

Ilion, sacro y cóccix

Fascia lata, cresta del glúteo

Extiende y rota el muslo lateralmente

Glúteo medio

Ilion

Tendón sobre el fémur

Abduce y rota medialmente el muslo

Glúteo menor

Ilion

Fémur

Abduce y rota medialmente el muslo

Tensor de la fascia lata

Ilion

Fémur

Tensa la fascia lata

Abductor corto

Pubis

Fémur

Abduce y rota el muslo

Adductor largo

Isquion, ramo isqueopúbico

Fémur

Aduce y extiende la pierna

Obturador externo

Isquion, ramo isqueopúbico

Fémur

Rota lateralmente la pierna

Pectíneo

Unión del ilion y pubis

Fémur

Flexiona y aduce la pierna

Aductor largo

Cresta y sínfisis del pubis

Fémur

Aduce, rota y flexiona la pierna

El cuádriceps femoral consiste en cuatro partes que extienden la rodilla. Éstas son el recto femoral, vasto lateral, vasto medial y el vasto intermedio. El medial y el lateral se pueden observar con facilidad en el muslo anterior (Figura 9-11). El sartorio es el músculo más largo del cuerpo, y se conoce como el músculo de los “sastres”. Flexiona y rota la pierna de forma lateral cuando nos sentamos con las piernas cruzadas, que es una posición en la que se sientan los sastres mientras cosen a mano y sostienen en su regazo el material.

Músculos que mueven el pie Existen cinco músculos que flexionan la planta del pie, o que la llevan hacia abajo. Éstos son el gastrocnemio o músculo de la pantorrilla, el tibial posterior, el sóleo, el peroneo

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largo y el plantar. Dos músculos flexionan dorsalmente el pie, o lo llevan hacia arriba. Éstos son el tibial anterior y el tercer peroneo. La Tabla 9-10 enlista los músculos involucrados en el movimiento del pie y los dedos del pie.

Músculos que mueven los dedos del pie Existen dos músculos que flexionan el dedo gordo del pie: el flexor hallucis corto y largo; un músculo extiende el dedo gordo, el extensor hallucis (Tabla 9-10). Los músculos del flexor digital flexionan los dedos, mientras que los del extensor digital, los extienden. El abductor hallucis abduce el dedo gordo y el abductor del meñique abduce el dedo más corto del pie. En total, existen 20 músculos intrínsecos del pie que mueven los dedos para flexionarlos, extenderlos, aducirlos y abducirlos.

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214

CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Glúteo mayor

Iliopsoas

Tensor de la fascia lata

Pectíneo

Aductor mayor

Aductor largo Bíceps femoral (cabeza larga)

Grácil Sartorio

Recto femoral

Semitendinoso Semimembranoso Bíceps femoral (cabeza corta)

Vasto lateral

Vasto medio Plantar

Gastronecmio Peroneo largo

Gastronecmio

Tibial anterior Sóleo

Sóleo

(A)

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Tendón calcáneo (aquiles)

Extensor digital común largo

FIGURA 9-11. Músculos superficiales de la pierna: (A) vista anterior, (B) vista posterior.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Tabla 9-9

215

Músculos que mueven la articulación de la rodilla

Músculo

Función

Bíceps femoral (dos cabezas)

Flexiona la pierna; rota de forma lateral después de flexionarla

Semitendinoso

Flexiona la pierna, y extiende el muslo

Semimembranoso

Flexiona la pierna y extiende el muslo

Poplíteo

Flexiona la pierna y la rota

Grácil

Aduce el muslo, flexiona la pierna

Sartorio

Flexiona el muslo, y lo rota lateralmente

Cuádriceps femoral (cuatro cabezas)

Extiende y flexiona los muslos

Recto femoral Vasto lateral Vasto medial Vasto intermedio

Tabla 9-10

Músculos que mueven el pie y sus dedos

Músculos que mueven el pie Músculo

Función

Gastrocnemio

Flexiona la planta del pie, flexiona la pierna, supina el pie

Sóleo

Flexiona plantarmente el pie

Tibial posterior

Flexiona plantarmente el pie

Tibial anterior

Flexiona dorsalmente el pie

Tercer peroneo

Flexiona dorsalmente el pie

Peroneo largo

Eversión y flexión plantar del pie

Peroneo corto

Eversión del pie

Plantar

Flexión plantar del pie

Músculos que mueven los dedos del pie Músculo

Función

Flexor hallucis corto

Flexiona el dedo gordo

Flexor hallucis largo

Flexiona el dedo gordo

Extensor hallucis largo

Extiende el dedo gordo, dorsiflexiona el tobillo

Interóseo dorsal

Abduce y flexiona los dedos

Flexor digital largo

Flexiona los tobillos, extiende el pie

Extensor digital largo

Extiende los dedos del pie

Abductor hallucis

Abduce y flexiona el dedo gordo

Abductor del meñique

Abduce el meñique

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

TRASTORNOS MUSCULARES

Los trastornos que causan enfermedades en los músculos se pueden originar a partir de varias fuentes: el abastecimiento vascular, el abastecimiento nervioso o por las láminas de tejido conectivo que rodean las células musculares, o haces musculares. Los síntomas principales de trastornos musculares son parálisis, debilidad, degeneración o atrofia muscular, dolor y espasmos.

CONTRACTURA Es una condición en donde un músculo acorta su longitud en la posición de reposo. Con frecuencia, las contracturas ocurren en los individuos que han estado guardando reposo en cama por periodos largos, y los músculos no se ejercitan de manera apropiada. Las contracturas se pueden prevenir manteniendo el cuerpo en una alineación apropiada cuando se reposa, cambiando de posición periódicamente y ejercitando los músculos de manera frecuente. Si ocurre una contractura, ésta se cura lenta y dolorosamente en un procedimiento en el que el músculo se regresa a su longitud normal y se ejercita de forma adecuada.

CALAMBRES Son contracciones dolorosas y espásticas de los músculos, éstas ocurren gracias a la irritación muscular, como la inflamación del tejido conectivo o por una acumulación de ácido láctico.

MIALGIA Término que se utiliza para referirse al dolor muscular.

MIOSITIS Es la inflamación del tejido muscular.

ATROFIA Es la disminución en la masa muscular ocasionada por la falta de ejercicio, como cuando una extremidad se encuentra en un yeso por un periodo prolongado. La estimulación de los nervios con una ligera corriente eléctrica puede mantener el tejido muscular viable hasta que regrese a la actividad muscular completa. En los casos severos, las fibras musculares se pierden y son reemplazadas con tejido conectivo.

HIPERTROFIA Opuesto a la atrofia, es un incremento en el tamaño del músculo ocasionado por un aumento en el grosor de las células musculares mediante el ejercicio, como el levantamiento de pesas. Esta actividad incrementa la cantidad de proteína entre las células musculares. Nacemos con todas las células musculares que siempre vamos a tener. No incrementan su población, sólo su tamaño.

TENDINITIS Es una inflamación en los tendones.

DISTROFIA MUSCULAR Es un trastorno muscular hereditario, tiene mayor frecuencia en los hombres. En esta enfermedad, los tejidos musculares degeneran conforme pasa el tiempo, resultando en parálisis total.

MIASTENIA GRAVIS Se caracteriza por debilidad muscular o cansancio. Generalmente comienza en los músculos faciales. Se origina por una destrucción anormal de los receptores de acetilcolina en la unión neuromuscular. Ésta es una enfermedad autoinmune, causada por los anticuerpos que atacan los receptores de acetilcolina. (continúa)

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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TRASTORNOS MUSCULARES (continuación)

ESCLEROSIS AMIOTRÓFICA LATERAL (EML) También se conoce como enfermedad de Lou Gehrig. Es un trastorno degenerativo progresivo de las neuronas motoras del cuerpo. Afecta a las personas de edad media. Cerca del 10% de los casos es hereditario, y el gen que causa la condición está en el cromosoma 21. La enfermedad se origina por una degeneración de las neuronas motoras de las astas anteriores de la médula espinal y el tracto corticoespinal. Comienza con debilidad y atrofia muscular. Generalmente suele involucrar los músculos de las piernas, antebrazo y manos. Después se esparce a los músculos de la cara, afectando el habla y otros músculos del cuerpo. Entre los dos y los cinco años de padecerla, hay una pérdida de control muscular que puede ocasionar la muerte. No se conoce una cura para esta enfermedad. También se le conoce como esclerosis múltiple.

RIGOR MORTIS Ocurre después de la muerte, cuando los músculos no se pueden contraer (rigor = rigidez, mortis = muerte). Esto ocurre cuando los iones de calcio se salen del retículo sarcoplásmico y originan contracciones. Como no se produce ATP, los puentes cruzados de miosina no se pueden separar de los filamentos de actina. Por lo tanto, los músculos permanecen en un estado de rigidez por 24 horas. Después de 12 horas, los tejidos degeneran y dejan de estar rígidos.

RONCAR Los ronquidos se originan por vibraciones rápidas de la úvula y el paladar suave que producen un sonido rasposo durante el sueño. Esto es causado por respirar con la boca y la nariz al mismo tiempo. Los dilatadores nasales que se venden en la farmacia ayudan a aliviar este problema.

TÉTANOS Es causado por la bacteria Clostridium tetani. Esta bacteria es anaeróbica; es decir, que vive en ausencia de oxígeno. Así que cuando pisamos un clavo oxidado, produciendo una herida punzante profunda, podemos transferir la bacteria a tejidos con muy poco oxígeno. Esto también puede ocurrir con cualquier herida profunda. La bacteria es muy común en nuestro ambiente. Cuando se encuentra en los tejidos, libera una toxina fuerte que suprime la actividad de las neuronas motoras. Las neuronas motoras producen una contracción sostenida en los músculos esqueléticos. Debido a que afecta los músculos de la boca, la enfermedad también se conoce como trismo, causando dificultades para tragar. Otros síntomas incluyen dolor de cabeza, espasmos musculares y rigidez muscular. En Estados Unidos existe un programa de vacunación para controlar el tétanos. Después de aplicar la vacuna inicial del tétanos, se recomiendan otras dosis de refuerzo cada 10 años para prevenir la enfermedad.

POLIO Es originado por un virus que es un Enterovirus. Entra a la médula espinal del sistema nervioso central y afecta los nervios periféricos y los músculos que controla. El virus ataca las neuronas motoras en las astas anteriores de la médula espinal, que es la materia gris (polio en griego significa materia gris). Entre 1940 y 1950, miles de niños en Estados Unidos contrajeron la enfermedad que causa la poliomielitis aguda. Muchos desarrollaron parálisis en sus extremidades, tuvieron que utilizar aparatos correctivos, y algunos tuvieron que ser colocados en “respiradores artificiales” porque no podían respirar bien. Afortunadamente, se desarrolló una vacuna (vacunas de Salk y Sabin) y hoy en día la enfermedad es bastante rara en Estados Unidos. Sin embargo, sigue ocurriendo en los países del tercer mundo, donde las vacunas no están disponibles a pesar de los esfuerzos que ha hecho la Organización Mundial de la Salud. (continúa)

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

TRASTORNOS MUSCULARES (continuación)

FASCITIS PLANTAR Es una inflamación del tejido conectivo (fascia) que forma parte de los arcos del pie. Puede ser muy dolorosa y ser causada por un estiramiento continuo de los músculos y ligamentos del pie. Usualmente, los corredores de largas distancias o los individuos con ocupaciones en donde se camina mucho pueden desarrollar esta enfermedad.

FIBROMIALGIA Es una forma de reumatismo que no afecta las articulaciones. Se caracteriza por dolor crónico en tendones y músculos, acompañado de rigidez, espasmos ocasionales y fatiga. No hay cura. También ocasiona trastornos del sueño. Se le conoce como fibrositis. Puede producir dolor en el hombro, cuello, brazos, manos, espalda baja, caderas, piernas, rodillas y pies. Los relajantes musculares, medicamentos antiinflamatorios y la terapia física son métodos de tratamiento que sólo proporcionan un alivio temporal.

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE Conforme envejecemos, a veces a los 30 años, ocurre una pérdida gradual en las células o fibras musculares. A los 40 años de edad, comienza a ocurrir una disminución gradual en el tamaño de los músculos. A los 70 años, 50% de nuestra masa muscular desaparece. El ejercicio consistente como caminar, puede retrasar y disminuir los efectos de la edad. Los ejercicios de resistencia, como ejercitarse en el gimnasio con algunas pesas, son todavía una mejor manera de mantener la masa muscular. Conforme continuamos envejeciendo, el tiempo que le toma a un músculo responder a los estímulos nerviosos disminuye, resultando en un menor aguante y pérdida de fuerza. Las mujeres mayores, en particular, pueden crear una joroba debido a cambios en los músculos sacro espinales, que se encuentran a los lados de la columna vertebral. Su pérdida de fuerza produce la apariencia de la joroba que generalmente vemos en los adultos mayores. Permanecer como una persona físicamente activa puede prevenir muchos de los cambios relacionados con la edad que ocurre en los músculos abdominales.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

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Campo

PROFESIONAL

Ést son las áreas profesionales que se encuentran disponibles para los individuos Éstas que qu ue están interesados en el sistema muscular. ● M Médicos, que se pueden especializar en medicina del deporte y tratar los problemas relacionados con heridas en músculos, huesos y articulaciones. ● Medicina osteopática tiene un enfoque terapéutico al poner mayor énfasis en la relación entre los órganos y el sistema músculo esquelético. Estos doctores también usan medicamentos, radiación y cirugía para el diagnóstico y la terapia médica. ● Masajistas terapéuticos manipulan los músculos al frotarlos para incrementar la circulación sanguínea, y mejorar el tono muscular al originar relajación en el paciente.

LOS SISTEMAS DEL CUERPO TRABAJAN JUNTOS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS: EL SISTEMA MUSCULAR Sistema tegumentario ● Receptores sensoriales en la piel estimulan la con-

tracción muscular en respuesta a cambios ambientales en la temperatura o presión. ● La piel disipa el calor durante la contracción muscular. Sistema esquelético ● Los huesos proveen sitios de unión para los músculos y actúan como palancas para llevar a cabo el movimiento. ● Los huesos almacenan el calcio necesario para la contracción muscular. Sistema nervioso ● Las neuronas motoras estimulan la contracción muscular al liberar acetilcolina en sus terminales axónicas ubicadas en las uniones neuromusculares. Sistema endocrino ● La hormona del crecimiento, liberada por la pituitaria anterior, estimula el desarrollo muscular. ● Las hormonas incrementan el flujo sanguíneo a los músculos cuando nos ejercitamos.

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Sistema cardiovascular ● El corazón bombea sangre a las células musculares, acarrea nutrientes y desechos lejos de las células musculares. ● Los eritrocitos llevan oxígeno y reciben el dióxido de carbono de las células musculares. Sistema linfático ● Las contracciones del músculo esquelético empujan la linfa a través de los vasos linfáticos, particularmente, mediante la respiración. ● Los linfocitos combaten infecciones en los músculos y desarrollan inmunidad. Sistema digestivo ● La contracción del músculo esquelético durante la deglución, trae alimentos al sistema; la contracción del músculo liso empuja los alimentos digeridos por el estómago y los intestinos. ● Los intestinos absorben nutrientes digeridos para que estén disponibles como fuente energética para las células musculares. Sistema respiratorio ● La respiración depende del diafragma y los músculos intercostales. ● Los pulmones proveen oxígeno a las células musculares, y eliminan el dióxido de carbono, desecho de la respiración celular.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

Sistema urinario ● El músculo liso empuja la orina de los riñones hacia los uréteres, para que lleguen a la vejiga. ● Los músculos esqueléticos controlan la eliminación de orina. ● En el asa de Henle en las nefronas de los riñones, los niveles de calcio están controlados por la eliminación de cualquier exceso y la restauración del calcio en la sangre para la contracción muscular. Sistema reproductivo ● Los músculos esqueléticos se encuentran involucrados en los besos, erecciones, transferencia de esperma de los machos a las hembras, y otras formas de comportamiento y actividades sexuales. ● Las contracciones del músculo liso del útero llevan a cabo el parto.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. Los músculos esqueléticos nos ayudan a leer, pues mueven nuestros ojos, también nos permiten movernos y respirar en nuestro ambiente. 2. Los músculos lisos impulsan los alimentos por los intestinos, contienen la sangre en nuestras arterias y venas, y llevan la orina por los uréteres. 3. El músculo cardiaco bombea sangre en nuestro corazón y vasos sanguíneos, mantiene la presión de la sangre. 4. Los músculos componen del 40 al 50% de nuestro peso corporal.

LOS TIPOS DE MÚSCULO Los tres tipos de tejido muscular son el esquelético, liso o visceral, y el cardiaco. 1. Las células del músculo esquelético son voluntarias, estriadas y compuestas por células multinucleadas que son mucho más largas que anchas, de ahí que se les denomine fibras musculares. 2. Las células del músculo liso son involuntarias (no podemos controlarlas a voluntad), no están estriadas y son fibras uninucleadas. 3. Las células de músculo cardiaco también son involuntarias, pero son estriadas y uninucleadas. Estas células no tienen la apariencia de fibras, pero tienen extensiones o ramificaciones.

LA ANATOMÍA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO O ESTRIADO 1. Las células de músculo esquelético o fibras se encuentran rodeadas por una membrana eléctrica polarizada conocida como sarcolema.

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2. Un músculo consiste en cierto número de haces de músculo esquelético, conocidos como fascículos. Cada haz, o fascículo, se compone de varias fibras o células musculares. 3. Cada célula muscular en un fascículo se encuentra rodeada por un tipo delicado de tejido conectivo, el endomisio. 4. Cada haz o fascículo está rodeado por otra capa de tejido conectivo llamada perimisio. 5. El perimisio de cada fascículo se cubre con otra capa de tejido conectivo, que rodea al músculo por completo, el epimisio. 6. Por encima del epimisio podemos encontrar una capa de tejido areolar, llamada fascia. 7. Cuando se observan en el microscopio, las células de tejido muscular tienen estriaciones, éstas se deben a la yuxtaposición de bandas claras y oscuras de proteínas gruesas como la miosina (llamadas bandas A), y bandas claras, de la proteína actina (llamadas bandas I). 8. En medio de una banda I podemos encontrar una línea Z. 9. En medio de una banda A encontramos una línea o zona H. 10. El área entre dos líneas Z adyacentes se denomina sarcómero. 11. La microscopia electrónica ha revelado que las fibras musculares de actina y miosina que componen una célula muscular, se encuentran rodeadas por un sistema sarcotubular compuesto de túbulos T y una cortina irregular llamada retículo sarcoplásmico. 12. La función de los túbulos T es la transmisión rápida de un impulso nervioso a todas las fibrillas en una célula, mientras que el retículo sarcoplásmico almacena iones de calcio.

LA FISIOLOGÍA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR 1. Todas las células o fibras musculares están inervadas por la misma neurona motora, formando una unidad motora. 2. Las células musculares tienen cuatro propiedades: excitabilidad ante un estímulo; conductividad de dicho estímulo a través de su citoplasma; contractilidad, que es la reacción ante el estímulo; y elasticidad, que permite a la célula retomar su forma original después de la contracción. 3. La contracción muscular se origina por la interacción de tres factores: fuentes neuroeléctrica, química y energética.

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Factores neuroeléctricos 1. Las células musculares tienen iones de sodio con carga positiva (Na+) en mayor concentración al exterior que al interior de la célula. 2. Las células musculares tienen iones de potasio con carga positiva (K+), en mayor concentración al interior que al exterior de la célula. 3. El exterior de una célula muscular se encuentra cargado positivamente y el interior presenta una carga negativa. Esta distribución eléctrica se conoce como potencial de reposo de la membrana celular. 4. Cuando una neurona motora inerva una célula muscular, secreta acetilcolina a partir de las terminales axónicas en la unión neuromuscular. Esto causa que los iones de sodio entren por la membrana celular, creando un potencial eléctrico (cambiando el interior de negativo a positivo). 5. Los iones de potasio se mueven fuera de la membrana celular para tratar de restaurar el potencial de reposo, pero no lo pueden hacer porque todavía están entrando demasiados iones de sodio. 6. El influjo de iones de sodio causa que los túbulos T transmitan el estímulo al interior de la célula muscular, creando un potencial de acción. 7. El potencial de acción causa que el retículo sarcoplásmico libere iones de calcio hacia los fluidos que rodean las miofibrillas de actina y miosina. 8. La troponina y tropomiosina (sustancia inhibitoria) han mantenido separados los filamentos de actina y miosina, pero los iones de calcio inhiben la acción de ambas proteínas. 9. El calcio causa que la miosina se vuelva miosina activada. La miosina activada se puede unir con los filamentos de actina. Factores químicos 1. Los puentes entrecruzados o cabezas de los filamentos de miosina tienen ATP. Cuando los puentes entrecruzados se unen con la actina, la degradación de ATP libera energía que se usa para acercar los filamentos de actina hacia los filamentos de miosina. El área entre dos líneas Z se acorta, mientras que las bandas A permanecen del mismo tamaño. Ésta es la contracción a nivel molecular. 2. Mientras tanto, la bomba de sodio-potasio ha comenzado a operar. Ha bombeado hacia fuera los iones de sodio, y ha hecho que vuelvan a

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entrar los iones de potasio que se habían salido, restaurando el potencial de reposo de la célula muscular. Los iones de calcio son reabsorbidos por el retículo sarcoplásmico, causando la inhibición del potencial de acción y restaurando el potencial de reposo. La célula muscular se relaja y cesa la contracción. 3. Todo el proceso de contracción ocurre en 1/40 de segundo. Fuentes energéticas 1. El ATP es la fuente energética de la contracción muscular: actina + miosina + ATP → actomiosina + ADP + PO4 + energía de contracción. 2. El ATP se produce durante la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico de Krebs y el transporte de electrones, dando como resultado una producción de 36 moléculas de ATP. 3. El ATP se puede producir en las células musculares en ausencia de oxígeno, durante la respiración anaeróbica, dando una producción de sólo dos moléculas de ATP y la acumulación de ácido láctico durante el ejercicio vigoroso. 4. Las células musculares también pueden ingerir ácidos grasos libres a partir de la sangre, y degradarlos para formar ATP. 5. Las células musculares también usan fosfocreatina como una fuente de fosfato para producir ATP.

LA CONTRACCIÓN MUSCULAR 1. El análisis de laboratorio de una contracción muscular revela un periodo de latencia breve, seguido de inmediato por el estímulo, y luego por la contracción. La relajación ocurre después de la contracción. Esto se conoce como una contracción muscular. 2. La fuerza de una contracción depende de la fuerza, velocidad y duración del estímulo, así como del peso de la carga y la temperatura. 3. La ley del todo o nada dice que un estímulo que sea lo suficientemente fuerte como para causar una contracción en una célula muscular individual, resultará en una contracción máxima.

TONO MUSCULAR 1. El tono es la propiedad de un músculo en donde se mantiene un estado de contracción parcial a lo largo de todo el músculo. 2. El tono mantiene la presión sobre el contenido abdominal, ayuda a mantener la presión sanguínea en los vasos, y ayuda en la digestión. El tono le da una apariencia firme a los músculos esqueléticos

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3. Existen dos tipos de contracciones: la contracción isotónica ocurre cuando los músculos se acortan y engrosan, como cuando levantamos pesas y la tensión permanece constante; la contracción isométrica ocurre cuando la tensión se incrementa pero los músculos permanecen a una longitud constante, como cuando empujamos una pared.

LA ANATOMÍA DEL MÚSCULO LISO 1. El músculo liso se encuentra en estructuras que presentan luz, como los intestinos, arterias, venas y vejiga. Está bajo el control del sistema nervioso autónomo. 2. Las células de músculo liso son involuntarias, uninucleadas y no presentan estrías. 3. En las estructuras huecas, el músculo liso presenta un arreglo en dos capas: una capa longitudinal externa y una capa circular interna. Mediante la contracción simultánea de ambas capas se impulsa el material que contiene en una sola direccion.

LA ANATOMÍA DEL MÚSCULO CARDIACO 1. El músculo cardiaco se encuentra solamente en el corazón, y está controlado por el sistema nervioso autónomo. 2. Las células de músculo cardiaco son involuntarias, uninucleadas y estriadas. También tienen discos intercalados que coordinan la contracción. 3. Las células de músculo cardiaco pueden recibir un impulso, contraerse, relajarse de inmediato, y estar preparadas para recibir otro impulso. Esto ocurre cerca de 75 veces por minuto.

NOMBRE Y FUNCIONES DE ALGUNOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS 1. Los músculos pueden nombrarse de acuerdo a sus acciones, a su forma, origen e inserción, ubicación o dirección de sus fibras. 2. El origen es el sitio de unión más fijo; la inserción es la unión móvil de un músculo. 3. Los tendones unen al músculo con un hueso. Un tendón plano y ancho se denomina aponeurosis. 4. Los músculos que doblan una extremidad en una articulación se denominan flexores; los que la enderezan se denomina extensores. 5. Los abductores mueven una extremidad lejos de la línea media del cuerpo; los aductores acercan la extremidad a la línea media. 6. Los rotadores giran una extremidad sobre un eje. 7. Los músculos que elevan los pies son los dorsiflexores; aquellos que hacen que descienda son los flexores plantares.

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8. Los músculos que giran la mano hacia arriba son los supinadores; aquellos que la giran hacia abajo, encarando el suelo, son pronadores. 9. Los elevadores levantan una parte del cuerpo; los músculos encargados del descenso de una parte corporal son los depresores. 10. Los músculos motrices primarios son los músculos que llevan a cabo una acción. Los que ayudan en este movimiento se conocen como sinergistas.

FUNCIÓN Y UBICACIÓN DE ALGUNOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS 1. Los músculos faciales alrededor de los ojos y boca ayudan en el lenguaje corporal, como cuando sonreímos. 2. Los músculos que rodean la mandíbula superior e inferior ayudan en la masticación. 3. Existen seis músculos unidos al ojo, que lo mueven en todas las direcciones. 4. El músculo principal en el movimiento de la cabeza es el esternocleidomastoideo. 5. El brazo superior se mueve gracias a los deltoides, pectorales y los músculos rotadores del brazo. 6. El antebrazo se puede flexionar y extender; los supinadores y pronadores supinan y pronan el antebrazo, y mueven la mano. 7. La muñeca y los dedos se pueden flexionar, extender, abducir y aducir. 8. El pulgar puede oponerse a los demás dedos, lo que nos ayuda a tomar los objetos como herramientas, dando como resultado una de las capacidades únicas de la mano. 9. Existen tres capas de músculo en el torso que se encargan de comprimir nuestros contenidos abdominales de forma lateral, mientras el recto abdominal en el frente, produce el efecto de “lavadero” que se obtiene si se hacen abdominales. 10. La respiración se logra gracias al diafragma y a los músculos intercostales de las costillas. 11. Los músculos de la cadera flexionan, extienden, abducen y aducen las ingles. 12. Los músculos de los muslos, como las corvas, flexionan la rodilla; el cuádriceps femoral la extiende. 13. Los músculos del pie y de los dedos del pie producen la flexión plantar y la dorsiflexión al caminar, la eversión e inversión de la planta del pie, y la flexión y extensión de los dedos.

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PREGUNTAS DE REPASO *1. Explica la contracción muscular basándote en los factores neuroeléctricos, interacciones químicas y fuentes energéticas. *2. Compara la anatomía de una célula del músculo esquelético con la de las células de los músculos liso y cardiaco. *3. Compara la contracción isométrica con la contracción isotónica. 4. Define tono muscular. 5. Describe algunos síntomas de trastornos musculares. *6. Explica por qué algunos trastornos musculares pueden ser originados por ciertas áreas problemáticas en tejidos distintos a los músculos. *Preguntas de pensamiento crítico

COMPLETA LOS ESPACIOS EN BLANCO Completa los espacios en blanco con los términos apropiados. 1. Las miofibrillas tienen bandas oscuras conocidas como ____________________ que se componen de la proteína ____________________. 2. Las miofibrillas también presentan bandas claras conocidas como ____________________ compuestas de la proteína ____________________. 3. Una línea oscura entre una banda clara se conoce como línea ____________________, y el área entre dos de estas líneas forma un ____________________. 4. La microscopia electrónica ha revelado que las fibras musculares están rodeadas por un sistema sarcotubular. Parte de este sistema es el sistema ____________________ que funciona en la transmisión rápida del estímulo a todas las fibras en el músculo mediante la liberación de iones de ____________________ a partir del retículo sarcoplásmico. 5. Todas las fibras musculares que son inervadas por la misma fibra nerviosa forman una unidad ____________________. 6. Los iones de ____________________ tienen una mayor concentración al interior de la célula muscular en reposo, mientras que los iones de ____________________ tienen mayor concentración al exterior de la célula. 7. Un impulso nervioso causa la liberación de ____________________ en la unión neuromuscular, que a su vez, causa que los iones de ____________________ penetren velozmente en la célula muscular, provocando el cambio en su polaridad.

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8. Existen dos sustancias inhibitorias que rodean los miofilamentos de actina y miosina, éstas son ____________________ y ____________________. 9. Las células de los músculos liso y cardiaco se encuentran bajo el control del sistema nervioso ____________________. 10. La fuente energética para la contracción muscular son las moléculas de ____________________.

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número apropiado en el espacio en blanco. _____ Sarcolema 1. Haces musculares _____ Fascia 2. Dolor muscular _____ Epimisio 3. Antagonistas _____ Músculos 4. Inflamación del tejido primarios muscular en el 5. Cubierta de tejido areolar movimiento que cubre todo el músculo _____ Miastenia gravis 6. Estado de contracción _____ Miositis constante _____ Extensores 7. Los músculos se cansan con _____ Fascículos facilidad _____ Tono 8. Membrana de la célula _____ Mialgia muscular polarizada 9. Agonistas 10. Tejido conectivo que cubre todo el músculo 11. Contractura 12. Tejido conectivo que cubre un fascículo

Investiga y explora ● Visita el sitio en internet de la

Asociación de Distrofia Muscular en http://www.mda.org e investiga uno de los tipos de distrofia muscular. Escribe un par de párrafos en tu cuaderno sobre lo que aprendiste acerca de esta enfermedad. ● Busca en internet algunas de las

palabras clave para obtener un poco de información adicional y ejercicios interactivos. Las palabras clave pueden ser músculo esquelético, músculo liso, músculo cardiaco o fisiología de la contracción muscular.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

ESTUDIO DE CASO Nico Fapoulas, un hombre de 48 años de edad, está conversando con su médico sobre los síntomas que experimenta. Dice que cuando realiza su caminata matutina, siente débiles y cansadas las piernas. Está presentando problemas al realizar tareas simples que requieren destreza manual, como escribir o abrir cerraduras. Después de examinarlo, el médico observa cierta atrofia en los músculos de las piernas, antebrazos y manos de Nico. También nota que está teniendo algunos problemas con el habla.

Preguntas 1. 2. 3. 4.

¿Qué enfermedad crees que esté desarrollando Nico? ¿Por qué ha experimentado debilidad muscular y atrofia? ¿Cuál es el origen de esta condición? ¿Cuál es la prognosis para un individuo con esta condición?

Conexión con StudyWARE ™ Para ayudarte a aprender el sistema muscular, juega al “ahorcado” o practica un juego de destreza mental en tu CD-ROM de StudyWARE™.

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CAPÍTULO 9 El sistema muscular

E JER CICIO DE LA B ORATOR IO:

EL SISTEMA MUSCULAR

Materiales necesarios: Un modelo del torso humano con los músculos esqueléticos; fotografías de un atleta, una bailarina, o un modelo vivo. 1. Examina un modelo del torso humano con distintos músculos superficiales. 2. Tu profesor te mostrará un DVD sobre la función muscular.

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3. Mediante las fotografías o el modelo humano con buen desarrollo muscular, identifica todos los músculos superficiales que puedas.

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Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Nombrar las principales divisiones del sistema nervioso. 2. Clasificar los distintos tipos de células de la neuroglia. 3. Enlistar la clasificación funcional y estructural de las neuronas. 4. Explicar cómo se transmiten los impulsos nerviosos. 5. Nombrar los diferentes tipos de tejido neuronal y sus definiciones. 6. Describir la estructura de la médula espinal. 7. Nombrar y numerar los nervios espinales.

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C O N C E P T O S C L AV E Acetilcolina Acetilcolinesterasa Adrenalina/epinefrina Arco reflejo Asta gris dorsal o posterior Asta gris ventral o anterior Astas Astrocitos Axón Células de la glía Células de la microglia Células de Schwann/ neurolemocitos Células ependimales Corteza Cuerpos de Nissl/sustancia cromatofílica Dendritas Despolarización División parasimpática División simpática Dopamina Duramadre

Endorfinas Ganglios Ley del todo o nada Materia aracnoides Materia blanca Materia gris Meninges Meninges espinales Nervio Neuroglia Neurona eferente o motora Neurona sensorial o aferente Neuronas Neuronas asociativas o internunciales Neuronas bipolares Neuronas multipolares Neuronas unipolares Nódulos de Ranvier/nódulos neuro-fibrosos Norepinefrina Núcleo

Oligodendroglia Piamadre Potencial de acción Potencial de membrana o de reposo Raíz anterior o ventral Raíz dorsal o posterior Reflejo Repolarización Serotonina Sinapsis Sistema nervioso autónomo (SNA) Sistema nervioso central (SNC) Sistema nervioso periférico (SNP) Sistema nervioso somático Sistema periférico aferente Sistema periférico eferente Terminales axónicas Tracto Vaina de mielina

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

INTRODUCCIÓN El sistema nervioso es el centro de control del cuerpo y su red de comunicación. Dirige las funciones de los órganos y sistemas corporales. Nos permite interpretar lo que ocurre en nuestro ambiente externo y nos ayuda a decidir cómo reaccionar ante cualquier cambio o estímulo ambiental al originar contracciones musculares. Junto con el sistema endocrino ayuda a mantener la homeostasis (el ambiente interno de nuestro cuerpo) al controlar la glándula endocrina maestra (la pituitaria) mediante el hipotálamo del cerebro. Observa el Mapa Conceptual 10-1: Médula espinal y nervios espinales.

ORGANIZACIÓN El sistema nervioso se puede agrupar en dos categorías principales (Figura 10-1). La primera es el sistema nervioso central (SNC), que es el centro de control para todo

el sistema. Consiste del encéfalo y la médula espinal. Todas las sensaciones y cambios en nuestro ambiente externo deben ser enviados por receptores y órganos sensoriales hacia el SNC para que sean interpretados (¿qué significan?) y, después, si es necesario, dar una respuesta (como alejarse de una posible fuente de dolor o de peligro). La segunda categoría es el sistema nervioso periférico (SNP), que se subdivide en varias unidades de menor tamaño. Esta segunda categoría consiste de todos los nervios que conectan al encéfalo y médula espinal con receptores sensoriales, músculos y glándulas. El SNP se puede dividir en dos subcategorías: el sistema periférico aferente, que consiste de neuronas sensoriales o aferentes que llevan información de receptores en la periferia del cuerpo hacia el encéfalo y médula espinal, y el sistema periférico eferente, que consiste en neuronas motoras o eferentes, que llevan información desde el encéfalo y la médula espinal hacia músculos y glándulas.

Médula espinal y nervios espinales

realiza

funciones específicas

Estructura

Funciones

que incluyen

incluye

Neuronas

Neuroglia

Meninges

incluye

Médula espinal y nervios espinales

Mandar impulsos sensoriales al cerebro, integrar reflejos y mandar impulsos motores hacia los músculos

Protección y nutrición del tejido neural en el cerebro y la medula espinal

Protección y soporte de neuronas

Transmisión e interpretación de sensaciones

Reacciones a estímulos

resulta en

Multipolar

Unipolar y bipolar

permite

permite

permite

permite

MAPA CONCEPTUAL 10-1. Médula espinal y nervios espinales.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

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Sistema nervioso

SNP 12 pares de nervios craneales 31 pares de nervios espinales

División somática

Neuronas sensoriales Información sensorial de la piel, músculos esqueléticos y articulaciones hacia el SNC

Neuronas motoras Impulsos motores del SNC hacia los músculos esqueléticos

División autónoma

Neuronas sensoriales Información sensorial de los órganos viscerales al SNC

Neuronas motoras Impulsos motores del SNC hacia el músculo liso, músculo cardiaco y glándulas

© Delmar/Cengage Learning

SNC Cerebro Médula espinal

FIGURA 10-1. Divisiones del sistema nervioso.

El sistema periférico eferente se puede subdividir en dos subcategorías. La primera es el sistema nervioso somático, que conduce impulsos del encéfalo y la médula espinal hacia el músculo esqueletico, causando una respuesta o reacción a cambios en nuestro ambiente externo. El segundo es el sistema nervioso autónomo (SNA), que conduce impulsos del encéfalo y de la médula espinal hacia el tejido muscular liso (como los músculos lisos del intestino que impulsan los alimentos a través del tracto digestivo), al músculo cardiaco del corazón y hacia las glándulas (como las endocrinas). El SNA se considera involuntario. Los órganos afectados por este sistema reciben fibras nerviosas de dos divisiones del SNA: la división simpática, que estimula o acelera la actividad, y por lo tanto involucra gasto energético y el uso de norepinefrina como neurotransmisor, y la división parasimpática, que estimula o acelera las actividades vegetativas del cuerpo, como la digestión, micción y defecación, así como para restaurar o desacelerar otras actividades. Usa la acetilcolina como neurotransmisor en las terminaciones nerviosas.

CLASIFICACIÓN DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS El tejido nervioso consiste en grupos de células nerviosas o neuronas que transmiten información o impulsos ner-

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viosos en forma de cambios electroquímicos. Un nervio es un haz de células o fibras nerviosas. Este tejido también se constituye de células que realizan funciones de soporte y protección conocidas como células de la glía o neuroglia (neuroglia significa pegamento nervioso). Cerca del 60% de las células del cerebro son células de la neuroglia.

Células de la neuroglia Existen diferentes tipos y, a diferencia de las neuronas, éstas no conducen impulsos nerviosos (Figura 10-2). La Tabla 10-1 presenta una lista con los distintos tipos de neuroglia. Los astrocitos son células en forma de estrella que envuelven las células nerviosas para formar una red de protección en el encéfalo y la médula espinal. Unen las neuronas a sus vasos sanguíneos, ayudando a regular los nutrientes y los iones que requieren. La oligodendroglia se parece a astrocitos de menor tamaño. Éstos también proporcionan soporte mediante la formacion de filas de tejido conectivo semirrígido entre las neuronas del encéfalo y la médula espinal. Éstos producen la vaina de mielina de origen graso sobre las neuronas del encéfalo y la médula espinal del SNC. La microglia son pequeñas células que protegen este sistema y cuyo papel es fagocitar y destruir microbios como bacterias o desechos celulares. Las células ependimales delinean los ventrículos llenos de fluido del cerebro. Algunas producen fluido cerebroespi-

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

Espacio que contiene el líquido cerebroespinal

Células ependimales Neuronas

Astrocito

Célula de la microglia

Oligodendrocito

© Delmar/Cengage Learning

Capilar

FIGURA 10-2. Tipos de neuroglia en el SNC: astrocitos, oligodendroglia, microglia y células ependimales.

Tabla 10-1

Tipos de neuroglia

Tipo

Descripción

Astrocitos

Células con forma de estrellas que funcionan en la barrera hematoencefálica para prevenir que las sustancias tóxicas lleguen al cerebro.

Oligodendroglia

Proveen soporte y conexión.

Microglia

Involucrados en la fagocitosis de sustancias de desecho.

Células ependimales

Forman el recubrimiento de las cavidades en el encéfalo y la médula espinal.

Células de Schwann

Sólo se encuentra en el SNP y componen el neurilema y las vainas de mielina.

nal, y otras tienen cilios para mover el fluido a través del SNC. Las células de Schwann forman las vainas de mielina alrededor de las fibras nerviosas del SNP.

La estructura de una neurona Cada célula nerviosa del cuerpo contiene un solo núcleo (Figura 10-3). El núcleo es el centro de control de la célula. En el citoplasma podemos encontrar mitocondrias, cuerpos de Golgi, lisosomas, y una red de hebras llamadas neurofibrillas que se extienden hacia la parte del axón de la célula, conocida como la fibra celular. En el citoplasma del cuerpo celular se encuentra un gran retículo endoplásmico rugoso (RE). En una neurona, el RE tiene ribosomas unidos a él. Estas estructuras granu-

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lares se denominan cuerpos de Nissl, o sustancia cromatofílica, en ellas ocurre la síntesis proteica. Existen dos tipos de fibras nerviosas en cada célula nerviosa: las dendritas y los axones. Las dendritas son cortas y ramificadas, como las ramas de un árbol. Éstas son las áreas receptivas de la neurona, y una neurona multipolar presenta muchas dendritas. Sin embargo, una célula nerviosa sólo presenta un axón, que comienza como un ligero alargamiento del cuerpo celular llamado cono axónico. El axón es un proceso largo o fibra, que comienza de forma unitaria, pero se puede ramificar, y su parte terminal puede presentar muchas extensiones finas denominadas terminales axónicas, que se contactan con las dendritas de otras neuronas. En el axón podemos encontrar muchas mitocondrias y neurofibrillas.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

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Terminales axónicas

Dendritas

Axón

Sustancia de Nissl

Impulso

Núcleo Cuerpo celular

Cono axónico Axón Axón colateral Cuerpo celular Vaina de mielina rodeando el axón

(A)

Axón

Dendritas

(B)

© Delmar/Cengage Learning

Impulso

Terminales axónicas

Impulso

Nódulo de Ranvier

FIGURA 10-3. Dos tipos de neuronas estructurales. (A) Multipolar. (B) Unipolar.

Los axones periféricos largos se encuentran envueltos en vainas de mielina producidas por las células de Schwann. Éstas son uno de los tipos de células de la neuroglia que se arreglan en capas alrededor del axón, produciendo láminas grasas de lipoproteína. Las porciones de las células de Schwann que contienen la mayor parte del citoplasma de la célula y el núcleo permanecen fuera de la vaina de mielina, constituyendo una fracción llamada neurilema. Los pequeños espacios que existen entre la vaina se conocen como nódulos de Ranvier.

Clasificación estructural de las neuronas Las células que conducen impulsos de una parte del cuerpo a otra, se denominan neuronas. Éstas se pueden clasificar tanto por función como por estructura. La clasificación estructural consiste en tres tipos de células. Las neuronas multipolares son las neuronas que tienen

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varias (multi) dendritas y un solo axón. La mayor parte de las neuronas del cerebro y la médula espinal son de este tipo. La neurona que estudiamos en el Capítulo 5 es de este tipo. Recuerda que la parte de la neurona que contiene el núcleo se conoce como cuerpo celular. Las extensiones pequeñas del cuerpo celular son las dendritas, y la gran extensión unitaria es el axón. Las células individuales conocidas como células de Schwann, o neurolemocitos, rodean el axón en sitios específicos y forman la vaina de mielina que rodea a los axones en el sistema nervioso periférico (Figura 10-4). Los espacios entre la vaina de mielina se llaman nódulos de Ranvier, o nódulos neurofibrosos. Estos espacios permiten que los iones fluyan libremente a partir de los líquidos extracelulares hacia los axones, ayudando a desarrollar los potenciales de acción para la transmisión nerviosa.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

Mielina

Nódulos de Ranvier 1 mm

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Axón

FIGURA 10-4. Una sección de un axón del sistema nervioso periférico con su vaina de mielina, sustancia grasosa producida por las células de Schwann.

Las neuronas bipolares (Figura 11-11 en el Capítulo 11) presentan una dendrita y un axón. Funcionan como células receptoras en órganos sensoriales especiales. Sólo dos procesos (bi) se derivan del cuerpo celular. Solamente se pueden encontrar en tres áreas del cuerpo: la retina del ojo, el oído interno y el área olfatoria de la nariz. Las neuronas unipolares sólo presentan un proceso derivado del cuerpo celular. Este proceso se ramifica en una rama central que funciona como el axón, y una rama periférica que funciona como dendrita. La mayoría de las neuronas sensoriales son neuronas unipolares (Figura 10-3). La rama que funciona como un axón entra al encéfalo o a la médula espinal; la rama que funciona como dendrita se conecta a la parte periférica del cuerpo.

tratarse de una reacción glandular (como producir saliva después de oler galletas recién horneadas).

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD-ROM de StudyWARE™ encontrarás un juego interactivo donde puedes identificar las estructuras de una neurona.

Clasificación funcional de las neuronas

LA FISIOLOGÍA DEL IMPULSO NERVIOSO

Las células nerviosas “sensan” varios cambios en el ambiente (estímulos debidos a cambios en la presión o en la temperatura) a partir de receptores. Los receptores son las terminaciones nerviosas periféricas de los nervios sensoriales que responden a los estímulos. Existen diferentes tipos de receptores. Nuestra piel tiene un número enorme de los mismos. Estos receptores transforman la energía del estímulo, como el calor, en impulsos nerviosos. La primera célula nerviosa en recibir este impulso de manera directa se denomina neurona aferente o sensorial. Estas neuronas son de tipo unipolar. Los receptores están en contacto sólo con una terminación de la neurona sensorial (el proceso periférico en la piel), asegurando un medio de transmisión de una sola vía para el impulso. El proceso central de la neurona sensorial se dirige hacia la médula espinal. A partir de la neurona sensorial, el impulso puede pasar a través de cierto número de neuronas asociativas o internunciales. Éstas se encuentran en el cerebro y la médula espinal y son de tipo multipolar. Transmiten el impulso sensorial hacia la parte apropiada del cerebro o médula espinal para que sea interpretada y procesada. A partir de la asociación de neuronas internunciales, el impulso se transmite a la célula nerviosa final, o la neurona motora o eferente. La neurona motora es de tipo multipolar. Esta neurona lleva a cabo una reacción ante el estímulo original. Generalmente es muscular (como alejarse de una fuente de calor o dolor), pero también puede

Una célula nerviosa es similar a una célula muscular porque ambas mantienen concentraciones iónicas características al interior y exterior de la membrana celular. Los iones de sodio (Na+) con carga positiva, se encuentran en mayor concentración al exterior de la célula. En cambio, existe una mayor concentración de iones de potasio (K+), con carga positiva, al interior de la célula. Esta situación se mantiene gracias a la acción de la bomba de sodio-potasio de la membrana celular (Figura 10-5). Además del ion de potasio, el interior de la fibra tiene iones de cloro (Cl–), con carga negativa, así como otras moléculas orgánicas con este mismo tipo de carga. Por lo tanto, la fibra nerviosa también presenta una distribución eléctrica, es decir, el exterior presenta una carga positiva, mientras que el interior permanece con carga negativa (Figura 10-6). Esta condición recibe el nombre de potencial de reposo o potencial de membrana. Los iones Na+ y K+ tienden a difundirse a través de la membrana, pero la célula mantiene su potencial de reposo gracias a los canales de la bomba de sodio-potasio que se encargan de expulsar los iones de Na+ y acumular los de K+. Cuando un impulso nervioso comienza, la permeabilidad de los iones sodio (Na+) cambia. El Na+ entra a la célula, cambiando la carga de la membrana nerviosa, de negativa (-) a positiva (+). Esta reversión de la carga eléctrica se denomina despolarización y crea el potencial de acción de la célula. El potencial de acción se mueve en una sola dirección, recorriendo toda la fibra nerviosa.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

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3Na+

Difusión

Difusión

Bomba Na-K

Sodio (Na+) 2K+ Aniones – grandes

Potasio (K+)

Aniones – grandes

Aniones – grandes

Cloruro (Cl–)

+++++++++++++++++++++++++++++++++

Na+

Canal de sodio (proteína)

Líquido extracelular

Canal de potasio (proteína)

© Delmar/Cengage Learning

Citoplasma

K+

FIGURA 10-5. La bomba de sodio-potasio de la membrana de una célula nerviosa.

En este momento, los iones de potasio comienzan a moverse hacia fuera para restaurar el potencial de reposo de la membrana. La bomba de sodio-potasio comienza a funcionar, bombeando hacia fuera los iones de sodio que habían entrado a la célula y regresando los iones de potasio que se habían salido; de esta forma se restauran las cargas originales. Esto se conoce como repolarización

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de la membrana, como se muestra en la Figura 10-6, y el interior de la célula vuelve a ser negativo. Este proceso continúa a lo largo de la fibra nerviosa, actuando como una corriente eléctrica, llevando el impulso nervioso a lo largo de la fibra. El impulso nervioso es una onda de despolarización autopropagada, seguida de la repolarización de toda la fibra nerviosa.

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Estímulo + –

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(A)

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–

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–

–

+

Na+

+

Na+

–

+ +

Área de potenciales de acción viajando a lo largo de la neurona

–

+

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– +

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+

(B)

+

Na+

–

+

Na+

+

– –

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+ –

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–

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+

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Área de repolarización

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+

(C)

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Na+

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– +

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K+ K+ Na+ – – – – – – – – + + + + + + + + + + + + + + + – – – – – – –

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–

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+ –

+

+ + + + + + + + – – – – – – – – – – – – – – – + + + + + + +

Na+

–

+

Na+

+

Na+

–

FIGURA 10-6. La distribución eléctrica que rodea la fibra nerviosa y la transmisión de un impulso nervioso.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

LA TRANSMISIÓN SINÁPTICA Las sinapsis son las áreas donde las ramas terminales de un axón (las terminales axónicas) se anclan cerca, pero no tocan, las terminaciones de las dendritas de otra neurona. Estas sinapsis son uniones de una sola vía que aseguran que el impulso nervioso viaje en una sola dirección. Esta área se conoce como hendidura sináptica. Se pueden encontrar otras áreas de sinapsis entre las terminales axónicas y los músculos, o entre las terminales axónicas y las glándulas. Un impulso que viaja a lo largo del nervio debe cruzar estos espacios. La transmisión a través de las sinapsis se lleva a cabo por secreciones, en muy bajas concentraciones de químicos conocidos como neurotransmisores, que se mueven a través de la hendidura. Conforme el impulso nervioso viaja a lo largo de la fibra, causa que las vesículas en las terminales axónicas de la neurona presináptica liberen el neurotransmisor químico. La mayor parte de las sinapsis en nuestro cuerpo utilizan acetilcolina como el neurotransmisor principal. Ésta permite que el impulso viaje a través de la hendidura sináptica hacia la neurona postsináptica. Sin embargo, no permanece ahí gracias a que una enzima en la hendidura, la acetilcolinesterasa, comienza a descomponerla después de haber realizado sus funciones (Figura 10-7). El sistema nervioso autónomo usa adrenalina (también conocida como epinefrina) como agente de transmisión. En el sistema nervioso existen muchos tipos de neurotransmisores. Algunas neuronas sólo producen un tipo; otras producen dos o tres. Los neurotransmisores mejor conocidos son la acetilcolina y la norepinefrina. Algunos otros son la serotonina, dopamina y las endorfinas.

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Neurona presináptica Dirección de la conducción del impulso nervioso Vesículas llenas de neurotransmisores Mitocondrias Hendidura sináptica

Neurona postsináptica

Receptores sobre la membrana postsináptica unidos a un neurotransmisor

© Delmar/Cengage Learning

Una fibra nerviosa que no presenta vaina de mielina, conduce el impulso por toda su longitud, pero la conducción es más lenta que a lo largo de una fibra mielinizada. Una fibra mielinizada está aislada por la vaina de mielina, por lo que la transmisión sólo se da en los nódulos de Ranvier, entre células de Schwann adyacentes. Tanto los potenciales de acción como el influjo de iones, sólo ocurren en estos nódulos, permitiendo que el impulso nervioso vaya saltando de nódulo en nódulo, y, por lo tanto, viaje mucho más rápido. Un impulso en una fibra motora mielinizada que inerva al músculo esquelético, puede viajar a 120 metros por segundo, mientras que el impulso de una fibra no mielinizada sólo viaja a 0.5 metros por segundo. En cualquier fibra nerviosa, el impulso nunca variará en intensidad. Si el estímulo o cambio en el ambiente es lo suficientemente grande para causar que la fibra lleve el impulso, éste tendrá la misma intensidad que otra fibra excitada por un impulso más fuerte. Esto se conoce como ley del todo o nada, que establece que si una fibra nerviosa lleva cualquier impulso, siempre lo llevará a su máxima intensidad.

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FIGURA 10-7. Una neurona presináptica libera neurotransmisores a la hendidura sináptica, transmitiendo el impulso nervioso hacia la neurona postsináptica.

Conexión con StudyWARE ™ En tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™ podrás observar una animación sobre la liberación de neurotransmisores.

EL ARCO REFLEJO Cuando reaccionamos de manera involuntaria ante un estímulo externo, experimentamos lo que se conoce como un reflejo. Esto se experimenta si nos pinchamos un dedo con una espina y de inmediato lo retiramos de la fuente de dolor. El reflejo nos permite responder mucho más rápido que si pensáramos de manera consciente qué hacer e interpretáramos la información del SNC. Por lo tanto, un reflejo es una reacción o respuesta involuntaria ante un estímulo aplicado a nuestra periferia que fue transmitido al SNC. El arco reflejo es la vía que resulta en un reflejo (Figura 10-8). Es la unidad básica del sistema nervioso y es la vía más simple y pequeña, capaz de recibir un estímulo, entrar al SNC (usualmente la médula espinal) para su interpretación inmediata, y producir una res-

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

Ganglio espinal (cuerpos Sinapsis de células nerviosas)

Neurona de conexión (asociativa)

Cuerpo celular

Materia gris

Neurona sensorial

Neurona motora Materia blanca

Terminal sensorial nerviosa o receptor (tendón)

Axón

Terminación motora nerviosa o efector (en músculo) Comienzo

FIGURA 10-8. La vía básica de un arco reflejo, ilustrada en el

reflejo patelar. puesta. El arco reflejo tiene cinco componentes: (1) un receptor sensorial en la piel; (2) una neurona sensorial o aferente; (3) neuronas asociativas o internunciales en la médula espinal; (4) una neurona motora o eferente; y (5) un órgano efector, como un músculo. Probablemente has experimentado un arco reflejo cuando te hacen un examen médico y el doctor te golpea debajo de la rodilla con un martillo de hule. Éste es el reflejo patelar, o reflejo del tendón de la rótula. El doctor golpea el tendón patelar justo debajo de la rodilla (el estímulo), causando la estimulación de los receptores del estiramiento dentro del cuádriceps femoral. Éstos envían el impulso, mediante las neuronas sensoriales, hasta la médula espinal, para que sea interpretado. De ahí, el impulso viaja hacia la neurona motora (respuesta) y de regreso a los músculos, que se contraen y extienden tu pierna. Los reflejos también ocurren dentro de nuestro cuerpo para mantener la homeostasis. La tasa cardiaca, la digestión y la tasa respiratoria son controladas y mantenidas por reflejos encargados de procesos involuntarios. Toser, estornudar, tragar saliva y vomitar son otros ejemplos de reacciones subconscientes automáticas ante cambios dentro o fuera del cuerpo.

EL AGRUPAMIENTO DEL TEJIDO NEURONAL En el sistema nervioso, se utilizan varios términos para describir la organización del tejido nervioso. Es importante comprender los significados. Materia blanca se refiere a grupos de axones mielinizados (la mielina tiene un color blanquecino) de varias neuronas sostenidas por

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Sinapsis Médula espinal

la neuroglia. La materia blanca forma tractos nerviosos en el SNC. Las áreas grises del sistema nervioso se conocen como materia gris, y consisten en los cuerpos de las células nerviosas y sus dendritas. También puede consistir en haces de axones no mielinizados y su neuroglia. La materia gris sobre la superficie del cerebro se denomina corteza. Un nervio es un haz de fibras ubicado fuera del SNC. La mayor parte de los nervios se compone de materia blanca. Los cuerpos de las células nerviosas que se encuentran fuera del SNC, generalmente se agrupan para formar ganglios. Gracias a que los ganglios consisten, principalmente, en cuerpos celulares no mielinizados, son masas de materia gris. Un tracto es un haz de fibras dentro del SNC. Los tractos pueden correr largas distancias hacia arriba y hacia abajo de la médula espinal. Los tractos también se encuentran en el cerebro y conectan partes de éste con la médula espinal. Los tractos ascendentes conducen impulsos hacia arriba de la médula y se encargan de las sensaciones. Los tractos descendentes conducen impulsos hacia abajo de la médula y se encargan de las funciones motoras. Los tractos se componen de fibras mielinizadas y por lo tanto se clasifican como materia blanca. Existen otros dos términos importantes: un núcleo es una masa de cuerpos celulares y dendritas dentro del SNC, que consiste en materia gris; las astas son las áreas de materia gris dentro de la médula espinal.

LA MÉDULA ESPINAL La médula espinal comienza como una continuación de la médula oblonga del tallo cerebral. Tiene una longitud aproximada de 16 a 18 pulgadas (40-45 cm). Su diámetro varía en distintos niveles porque se encuentra rodeada y protegida por el hueso (las vértebras) y por los discos de fibrocartílago (los discos intervertebrales). Se compone de una serie de 31 segmentos, cada uno de los cuales da lugar a un par de nervios espinales. Además de la protección anteriormente mencionada, la médula espinal (así como el encéfalo) se encuentran protegidos por las meninges, una serie de membranas de tejido conectivo. Las meninges asociadas específicamente con la médula espinal se conocen como meninges espinales (Figura 10-9). La meninge espinal más externa es la duramadre. Forma un tubo externo resistente compuesto de fibras de tejido conectivo. La meninge espinal media es la aracnoides o telaraña . Forma un delicado tubo membranoso de tejido conectivo al interior de la dura madre. La meninge espinal interna se conoce como piamadre, o madre delicada. Es una membrana fibrosa transparente que forma un tubo y se adhiere a la superficie de la médula espinal (y cerebro). Contiene muchos vasos sanguíneos y nervios que nutren a las células subyacentes. Entre la dura madre y la aracnoides encontramos un espacio llamado espacio subdural, que contiene líquido seroso. Entre la aracnoides y la píamadre se encuentra

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

ALERTA SANITARIA

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USO ILEGAL DE DROGAS

Algunas de las drogas más usadas que afectan el sistema nervioso son depresores, estimulantes y alucinógenos, así como esteroides anabólicos. Un ejemplo de un depresor es el Valium, que se prescribe en dosis bajas para aliviar la tensión. Sin embargo, dosis más altas pueden causar somnolencia, sedación y pérdida de sensaciones dolorosas. Otro grupo de depresores son los opiáceos, como la codeína y la heroína. La codeína puede ser prescrita por un doctor, pero la heroína no tiene un uso legal en Estados Unidos. Estas drogas actúan como sedantes y analgésicos, que alivian el dolor en dosis prescritas. Sin embargo, pueden causar una fuerte dependencia física y psicológica. También producen una sensación de euforia. Su sobredosis puede causar un coma, convulsiones y problemas respiratorios que pueden llevar a la muerte. Una droga derivada de la planta del cáñamo (Cannabis) es la marihuana. No es tan potente como el hashish. Éste se hace a partir de la resina de los puntos de floración de dicha planta. Esta droga produce un estado de euforia libre de ansiedad y altera la percepción del tiempo y espacio. La marihuana ha sido prescrita para los individuos con estados avanzados de enfermedades incurables (ej., ciertos tipos de cáncer) y glaucoma del ojo. Dosis más altas pueden causar alucinaciones y problemas respiratorios. Los ejemplos de estimulantes del SNC son la cocaína, alucinógenos como el LSD (dietilamina del ácido lisérgico), y las anfetaminas. Los alucinógenos como el LSD causan distorsión en los cinco sentidos. Las percepciones de la vista, sonido, olor y gusto se agudizan y exageran. La persona se puede sentir capaz de hacer cualquier cosa física, lo que puede ocasionar serias lesiones. La cocaína produce una gran dependencia física y psicológica en sus usuarios. Cuando se inhala produce un rápido estado de euforia. Sin embargo, causa cambios en la personalidad, convulsiones y muerte ocasionada por embolias o ritmos cardiacos anormales. Las anfetaminas sobre estimulan las neuronas postsinápticas, lo que ocasiona espasmos musculares, inquietud, frecuencias cardiacas elevadas e hipertensión. Éste es un alto precio a pagar por la sensación de euforia que producen al principio. Pueden ocasionar la muerte por fallas cardiacas o respiratorias. Los esteroides anabólicos actúan como hormonas sexuales masculinas y son usados por atletas debido a que provocan que las células del músculo esquelético incrementen de tamaño. Los atletas, como los fisicoculturistas, pueden incrementar rápidamente su masa muscular, aunque este beneficio puede tener serios efectos secundarios. Si se toman en grandes dosis, los andrógenos sintéticos o esteroides anabólicos, tienen un efecto negativo sobre el hipotálamo del cerebro y la glándula pituitaria. Esto causa una reducción en la liberación de la hormona liberadora de gonadotropinas, hormona luteinizante y la hormona foliculoestimulante. Como resultado, los testículos se pueden atrofiar y puede ocurrir la esterilidad. El abuso de los esteroides también puede ocasionar problemas del hígado, enfermedades cardiacas y cambios de personalidad.

el espacio subaracnoideo. Aquí circula el líquido cerebroespinal acuoso y cristalino. Las meninges no se unen directamente con las vértebras, están separadas por un espacio llamado espacio epidural. Este espacio contiene tejido conectivo suelto y tejido adiposo que actúa como amortiguador alrededor de la médula espinal.

Funciones de la médula espinal Una de las principales funciones de la médula espinal es llevar los impulsos sensoriales de la periferia al cerebro, y conducir impulsos motores del cerebro a la periferia. Los tractos nerviosos ascendentes, de la médula espinal, llevan la información sensorial del cuerpo al cerebro, y

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los tractos descendentes, conducen impulsos motores del cerebro a los músculos y las glándulas. Otra función principal es proveer los medios para los reflejos. Un par de nervios espinales se conecta con cada segmento de la médula espinal. Cada par de nervios espinales está conectado con ese segmento de la médula mediante dos pares de uniones llamadas raíces (ver Figura 10-9). La raíz posterior o dorsal es la raíz sensorial y sólo contiene fibras nerviosas sensoriales. Conduce impulsos de la periferia (como la piel) hacia la médula espinal. Estas fibras se extienden hacia el asta gris posterior o dorsal de la médula espinal. El otro punto de unión del nervio espinal a la médula es la raíz anterior o ventral, y ésta es la raíz motora. Contiene fibras de nervios motores y conduce

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

Surco mediano posterior Comisura anterior

Materia blanca

Columna posterior

Asta posterior

Columna lateral

Asta lateral

Columna anterior

Asta anterior

Materia gris

Canal central Fisura medial anterio

Raíz ganglionar posterior

Raíz posterior o dorsal

Piamadre

Raíz anterior o ventral

Aracnoides

Duramadre

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Nervio espinal

FIGURA 10-9. La anatomía de las meninges espinales y la médula espinal.

ALERTA SANITARIA

PUNCIÓN LUMBAR

La médula espinal se extiende hasta la segunda vértebra lumbar. Sin embargo, los nervios espinales, rodeados por las meninges, recorren por completo la columna vertebral. Debido a que no existe médula espinal al final del canal vertebral, se puede insertar una aguja en el espacio subaracnoideo de esta área sin dañar la médula espinal. Esto se hace para realizar una punción lumbar y extraer líquido cerebroespinal, que puede ser analizado para detectar organismos infecciosos como los que causan meningitis, o para detectar sangre en el caso de una hemorragia. También se puede suministrar anestesia insertando una aguja con un agente anestésico. Si se inyecta una sustancia radiopaca en esta área, se pueden tomar rayos X de la médula espinal para detectar cualquier daño o defecto en ella.

impulsos de la médula espinal hacia la periferia (como los músculos). Se conecta con el asta gris anterior o ventral de la médula espinal.

LOS NERVIOS ESPINALES Los 31 pares de nervios espinales surgen de la unión de las raíces dorsal y ventral de los nervios espinales (Figura

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10-9). Todos los nervios espinales son nervios mixtos, pues consisten en fibras sensoriales y motoras. La mayor parte de los nervios espinales salen de la columna vertebral entre las vértebras adyacentes. Se nombran y numeran de acuerdo a la región y el nivel de la médula espinal a partir del cual emergen (Figura 10-10). Existen ocho pares de nervios cervicales, 12 pares de nervios torácicos, cinco pares de nervios lumbares, cinco de nervios sacrales y un solo par de nervios coccígeos. Los nervios

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

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RESUMEN Nervios espinales cervicales

C1 C2 C3 C4

INTRODUCCIÓN 1. El sistema nervioso es el centro de control del cuerpo y su red de comunicación. 2. Comparte el mantenimiento de la homeostasis con el sistema endocrino.

Plexo cervical

C5 C6 C7 C8 T1

Plexo braquial

ORGANIZACIÓN

T2 T3 Nervios espinales torácicos

1. El sistema nervioso central (SNC) consiste del encéfalo y la médula espinal. 2. El sistema nervioso periférico (SNP) consiste en el sistema periférico aferente (neuronas sensoriales) y el sistema periférico eferente (neuronas motoras). 3. El sistema periférico eferente se puede subdividir en el sistema nervioso somático, que envía señales a los músculos esqueléticos, y el sistema nervioso autónomo (SNA), que transmite señales a los músculos liso y cardiaco, así como a las glándulas. 4. El SNA tiene dos divisiones: la división simpática, que estimula y acelera la actividad, y la división parasimpática, que restaura o desacelera ciertas actividades, pero estimula las actividades vegetativas del cuerpo.

T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11

Duramadre

T12 Cono medular

L1

CLASIFICACIÓN DE LAS CÉLULAS NERVIOSAS

L2 Nervios espinales lumbares

Cauda equina

1. Las neuronas son las células nerviosas que transmiten impulsos nerviosos en la forma de cambios electroquímicos. 2. Un nervio es un haz de células nerviosas. 3. Las células de la neuroglia son células nerviosas que protegen y brindan soporte a las neuronas.

L3 L4

Plexo lumbar

L5

Nervios espinales sacrales

S2

Plexo sacral

S3 S4 S5

Filum terminal

Nervios espinales coccígeos

© Delmar/Cengage Learning

S1

FIGURA 10-10. Los nombres y niveles emergentes de los 31

nervios espinales.

espinales también se numeran de acuerdo al orden (comenzando por la parte superior) dentro de la región. Por lo tanto, los 31 pares son, C1-C8 (cervicales), T1-T12 (torácicos), L1-L5 (lumbares), S1-S5 (sacrales) y Cx (coccígeo).

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Células de la neuroglia 1. Los astrocitos son células con forma de estrella que envuelven las neuronas para darle soporte al encéfalo y la médula espinal, también conectan neuronas con vasos sanguíneos. 2. Las oligodendroglias parecen astrocitos de menor tamaño. Forman filas de tejido de tipo conectivo, dan soporte y forman la vaina de mielina sobre las neuronas del cerebro y la médula espinal. 3. Las células de la microglia son pequeñas células que fagocitan microbios y desechos celulares. 4. Las células ependimales recubren los ventrículos del cerebro. Algunas producen líquido cerebroespinal y otras, las ciliadas, se mueven a través del SNC. 5. Las células de Schwann forman vainas de mielina alrededor de las fibras nerviosas en el sistema nervioso periférico.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

La estructura de la neurona 1. Una neurona se compone de un cuerpo celular con núcleo y otros organelos intracelulares. 2. Las dendritas son extensiones del cuerpo celular y son las áreas receptivas de la neurona. 3. Un axón es una larga extensión unitaria del cuerpo celular que comienza como un ligero alargamiento, conocido como cono axónico. El axón se puede ramificar, pero en su terminación existen muchas extensiones llamadas terminales axónicas. 4. En los axones periféricos largos, una célula de Schwann produce una vaina de mielina que rodea y aísla el axón. Los pequeños espacios entre la vaina se conocen como nódulos de Ranvier. Clasificación estructural de las neuronas 1. Las neuronas multipolares tienen varias dendritas que se derivan del cuerpo celular, y un solo axón. La mayor parte de las neuronas del cerebro y de la médula espinal son neuronas multipolares. 2. Las neuronas bipolares tienen una dendrita y un axón. Se encuentran en la retina del ojo, el oído interno y en el área olfatoria de la nariz. 3. Las neuronas unipolares sólo tienen un proceso que se extiende en el cuerpo celular, que a su vez se ramifica en una rama central que funciona como un axón y una rama periférica, que funciona como dendrita. La mayor parte de las neuronas sensoriales son neuronas unipolares. Clasificación funcional de las neuronas 1. Los receptores detectan estímulos en nuestro ambiente. 2. Las neuronas sensoriales o aferentes reciben el impulso directamente del sitio receptor. Son neuronas unipolares. 3. Las neuronas asociativas o internunciales se encuentran en el cerebro y médula espinal. Transmiten el impulso para que después sea procesado e interpretado. Son neuronas multipolares. 4. Las neuronas motoras o eferentes llevan a cabo la reacción ante el estímulo. Son neuronas multipolares.

LA FISIOLOGÍA DEL IMPULSO NERVIOSO 1. Un fibra de célula nerviosa tiene una mayor concentración de Na+ en el exterior celular, y una mayor concentración de K+ en el interior celular. Esta diferencia se mantiene gracias a la bomba de sodio-potasio.

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2. La fibra nerviosa tiene una carga eléctrica negativa en el interior, y una carga eléctrica positiva al exterior. 3. Esta distribución eléctrica, originada por los iones, se conoce como potencial de membrana o de reposo. 4. Cuando comienza un impulso nervioso, los iones de sodio (Na+) se adentran en la célula, cambiando la carga eléctrica interior, de negativa a positiva. Éste es el potencial de acción y se conoce como despolarización. 5. Los iones de potasio (K+) se mueven hacia fuera para tratar de restaurar el potencial de membrana, y la bomba de sodio-potasio opera para restaurar la carga original. Ésta es la repolarización y se encarga de regresar al estado original de reposo o potencial de membrana. 6. El impulso nervioso es una onda de despolarización de autopropagación, seguida por la repolarización. Éste se mueve en una sola dirección por la fibra nerviosa, es decir, es unidireccional. 7. La ley del todo o nada establece que si una fibra nerviosa transmite un impulso, éste será un impulso de máxima intensidad.

LA TRANSMISIÓN SINÁPTICA 1. La sinapsis es un área donde las ramas terminales de un axón se encuentran cercanas, pero no tienen contacto, con las dendritas de otra neurona. 2. Cuando un impulso alcanza las terminales axónicas, dispara la liberación de un neurotransmisor como la acetilcolina en la hendidura sináptica, lo que permite que el impulso viaje a través de la sinapsis. 3. Otros neurotransmisores en el cuerpo son la epinefrina o adrenalina, norepinefrina, serotonina, dopamina y las endorfinas.

EL ARCO REFLEJO 1. Un reflejo es una reacción involuntaria a un estímulo externo. 2. Un arco reflejo es la vía que causa el reflejo. 3. El arco reflejo tiene cinco componentes: un receptor sensorial en la piel; una neurona aferente o sensorial; neuronas asociativas o internunciales en la médula espinal; una neurona motora o eferente; y un órgano efector.

EL AGRUPAMIENTO DEL TEJIDO NEURAL 1. La materia blanca se refiere a grupos de axones mielinizados de muchas neuronas sostenidas por la neuroglia.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

2. La materia gris consiste en cuerpos de células nerviosas y dendritas, así como grupos de axones no mielinizados y su neuroglia. 3. Un nervio es un haz de fibras fuera del SNC. 4. Los ganglios son cuerpos de células nerviosas fuera del SNC. 5. Un tracto es un haz de fibras dentro del SNC. 6. Un núcleo es una masa de cuerpos de células nerviosas y dendritas al interior del SNC. 7. Las astas son áreas de materia gris en la médula espinal.

LA MÉDULA ESPINAL 1. La médula espinal es una continuación de la médula oblonga. 2. La médula espinal se compone de 31 segmentos, cada uno de los cuales da lugar a un par de nervios espinales. 3. La médula espinal se encuentra protegida por las meninges espinales. 4. La meninge espinal externa es la duramadre o madre resistente, la meninge espinal media es la aracnoides o telaraña, y la meninge espinal interna es la piamadre o madre delicada. 5. Entre la duramadre y la aracnoides se encuentra el espacio subdural, que contiene líquido seroso. 6. Entre la aracnoides y la piamadre se encuentra el espacio subaracnoideo en donde circula el líquido cerebroespinal.

FUNCIONES DE LA MÉDULA ESPINAL 1. La médula espinal lleva los impulsos sensoriales de la periferia hacia el cerebro (tractos ascendentes) y conduce los impulsos motores del cerebro a la periferia (tractos descendentes). 2. La médula espinal también integra reflejos. 3. Cada par de nervios espinales se conecta a un segmento de la médula espinal mediante dos puntos de unión llamados raíces. 4. La raíz posterior o dorsal es sensorial, y se conecta con el asta gris posterior o dorsal de la médula espinal. 5. La raíz ventral o anterior es motora, y se conecta con el asta gris anterior o ventral de la médula espinal.

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LOS NERVIOS ESPINALES 1. 2. 3. 5. 6.

Existen ocho pares de nervios cervicales (C1-C8). Existen 12 pares de nervios torácicos (T1-T12). Existen cinco pares de nervios lumbares (L1-L5). Existen cinco pares de nervios sacrales (S1-S5). Existe un par de nervios coccígeos (Cx).

PREGUNTAS DE REPASO 1. Nombra los 31 nervios espinales e indica cuántos pares existen de cada tipo. * 2. Discute los factores involucrados en la transmisión de un impulso nervioso. 3. Nombra y describe los cinco tipos de células de la neuroglia. 4. Clasifica la organización del sistema nervioso. 5. Nombra y describe los tres tipos de neuronas estructurales. * 6. Explica cómo funciona un arco reflejo y nombra sus componentes. 7. Nombra las dos funciones de la médula espinal. *Preguntas de pensamiento crítico

COMPLETA LOS ESPACIOS EN BLANCO Completa los espacios en blanco con el término apropiado. 1. El sistema nervioso central se constituye de la ____________________ y del ____________________. 2. El sistema nervioso periférico consiste en el sistema aferente, compuesto de neuronas ____________________, y el sistema eferente, compuesto por neuronas ____________________. 3. El sistema nervioso autónomo se divide en la división ____________________, que estimula, y la división ____________________, que restaura actividades y estimula las funciones vegetativas. 4. Las meninges presentan una meninge externa, llamada ____________________, una meninge media, conocida como ____________________ o telaraña, y una meninge interna, llamada ____________________. 5. Un ____________________ es un área de materia gris en la médula espinal.

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número apropiado en el espacio en blanco. _____ Astrocitos 1. Produce una vaina de _____ Materia blanca mielina sobre las neuronas _____ Ganglios 2. Cuerpos de células _____ Núcleo nerviosas fuera del SNC _____ Oligodendroglia 3. Fagocitan y destruyen _____ Astas microbios _____ Meninges 4. Haces de fibras en el SNC _____ Tracto 5. Unen neuronas con sus _____ Materia gris vasos sanguíneos _____ Microglia 6. Axones no mielinizados y _____ Neuroglia 7. Cubiertas alrededor del cerebro y la médula espinal 8. Materia gris en la médula espinal 9. Arco reflejo 10. Masa de cuerpos de células nerviosas y dendritas en el SNC

11. Neuronas mielinizadas 12. Materia blanca de la médula espinal

Investiga y explora Busca en internet los conceptos clave de este capítulo para obtener información adicional. Los conceptos clave pueden incluir sistema nervioso central, clasificación de las células nerviosas, estructura de una neurona, fisiología del impulso nervioso, médula espinal y nervios espinales.

ESTUDIO DE CASO Tres estudiantes de preparatoria están siendo evaluados por un médico en una clínica de rehabilitación para adolescentes. Héctor, un chico de 15 años, parece agitado e inquieto. Él le dice al médico que sufre de espasmos musculares. En su examen físico, el galeno nota que tiene una tasa cardiaca acelerada, y presión sanguínea alta. Carolyn, una chica de 16 años, está siendo evaluada después de una emergencia la noche anterior. De acuerdo al registro en el cuarto de emergencias, Carolyn estaba en una fiesta con sus amigos, cuando tuvo una convulsión. Sus registros también muestran que tenía una tasa cardiaca anormal cuando la admitieron. Dante, un chico de 14 años, también fue tratado de emergencia la noche anterior. Sus padres lo encontraron sobre el sofá durmiendo profundamente. Cuando vieron que no lo podían despertar, lo llevaron al hospital, donde experimentó una convulsión. Más tarde, sus padres descubrieron en su cuarto el medicamento que le habían prescrito a su madre después de una cirugía mayor.

Preguntas 1. ¿Qué tipo de droga crees que esté usando Héctor? 2. ¿Qué tipo de problemas a largo plazo puede causar este tipo de drogas? 3. ¿Qué droga pudo haber causado la convulsión y la frecuencia cardiaca anormal en Carolyn? 4. ¿Cómo obtienen el dramático “éxtasis” cuando usan esta droga? 5. ¿Qué droga pudo haber causado los síntomas de Dante? 6. ¿Crees que la droga que tomó Dante es legal, ilegal, o depende de las circunstancias?

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CAPÍTULO 10 Introducción al sistema nervioso, médula espinal y nervios espinales

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Conexión con StudyWARE ™ En tu CD-ROM de StudyWARE™ podrás contestar un cuestionario o realizar un juego interactivo que te ayude a aprender sobre el sistema nervioso.

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

EL SISTEMA NERVIOSO

Materiales necesarios: preparaciones microscópicas de neuronas y células de la neuroglia, modelo anatómico de la médula espinal, martillo de hule. 1. Analiza una preparación microscópica de la médula espinal de buey. Estudia las partes de las neuronas multipolares internunciales, nota las siguientes estructuras: el cuerpo celular con el núcleo y las dendritas como extensiones del cuerpo celular; encuentra axones con ramificaciones y las terminales axónicas. Observa los pequeños astrocitos y sus núcleos teñidos esparcidos por toda la preparación.

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2. Analiza el modelo anatómico de una sección de la médula espinal con nervios espinales unidos a ésta. Estudia las astas dorsales y ventrales grises de la médula. Nota cómo la raíz sensorial dorsal del nervio espinal entra al asta dorsal gris, y cómo la raíz ventral motora del nervio espinal sale del asta ventral gris de la médula. 3. Induce el reflejo patelar en tu compañero, golpéalo suavemente en el tendón patelar con el martillo de hule. Observa que la extensión de la rodilla es completamente involuntaria e inconsciente, lo que ilustra cómo se produce un arco reflejo.

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El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos especiales OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Enlistar los componentes principales del encéfalo. 2. Nombrar las funciones del líquido cerebroespinal o cefalorraquídeo. 3. Enlistar las funciones de los componentes principales del encéfalo. 4. Enlistar los 12 nervios craneales y sus funciones. 5. Nombrar los componentes del sistema nervioso autónomo y describir sus funciones. 6. Describir la anatomía básica de los órganos de los sentidos y explicar su funcionamiento.

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C O N C E P T O S C L AV E Acueducto cerebral/ acueducto de Sylvius Aurícula Bulbo raquídeo Células gustativas Cerebelo Cerebro Cerumen Circunvoluciones Conducto auditivo externo Córnea Coroides Corteza cerebral Cristalino Cuerpo calloso Cuerpo ciliar Cuerpos mamilares Decusación de las pirámides Diencéfalo Disco óptico División parasimpática División simpática Esclerótica Estribo Fisura longitudinal Foramen interventricular/ foramen de Monroe

Formación reticular Fóvea central Glándula pineal Glándula pituitaria Glándulas ceruminosas Hemisferios cerebrales Hipotálamo Humor acuoso Humor vítreo Infundíbulo Ínsula Iris Lóbulo frontal Lóbulo occipital Lóbulo parietal Lóbulo temporal Martillo Membrana timpánica Mesencéfalo Nervio abducens VI Nervio accesorio XI Nervio facial VII Nervio glosofaríngeo IX Nervio hipogloso XII Nervio oculomotor III Nervio olfatorio I Nervio óptico II Nervio trigémino V

Nervio troclear IV Nervio vago X Nervio vestibulococlear VIII Papilas Papilas gustativas Pedúnculos cerebrales ventrales Puente de Varolio Pupila Quiasma óptico Retina Rodopsina Sentido del olfato Sistema nervioso autónomo Surco Tálamo Tectum dorsal Tracto óptico Trompa de Eustaquio Tronco encefálico Ventana oval Ventana redonda Ventrículos Yunque

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

INTRODUCCIÓN

parte del sistema nervioso: incluyen la vista, la audición, el equilibrio, el olfato y el gusto. Ver el Mapa Conceptual 11-1: El cerebro, Mapa Conceptual 11-2: Los nervios craneales, y el Mapa Conceptual 11-3: El sistema nervioso autónomo y los sentidos.

Este capítulo es una continuación de la discusión acerca del sistema nervioso que inició en el Capítulo 10. El encéfalo está dividido en cuatro partes. El tronco encefálico controla la respiración, el ritmo cardiaco y las reacciones a los estímulos visuales y auditivos. El diencéfalo incluye el tálamo y el hipotálamo, que controla muchas funciones, incluyendo aquellos relacionados con la homeostasis. El cerebro controla los procesos intelectuales y las emociones, mientras que el cerebelo mantiene la postura corporal y el equilibrio. El sistema nervioso autónomo controla todas las funciones involuntarias del cuerpo tales como la regulación de nuestros órganos internos y el control de las glándulas. Los sentidos especiales forman

COMPONENTES PRINCIPALES DEL ENCÉFALO El encéfalo es uno de los principales órganos del cuerpo (Figura 11-1); en un adulto promedio, su peso es de alrededor de tres libras. Se divide en cuatro partes principales: (1) el tronco encefálico, que consta de tres áreas más pequeñas: el bulbo raquídeo, el puente de Varolio y el

Encéfalo

desarrolla

tiene una

Estructura específica

Funciones específicas

realiza

que incluye

Encéfalo

que incluyen

Meninges craneales

protege

que incluye

Tronco Diencéfalo: encefálico: tálamo, médula, puente, hipotálamo mesencéfalo

Absorción de traumatismos, circulación de nutrientes

Coordinación de los movimientos musculares, equilibrio

Movimientos musculares, emociones, inteligencia

Percepción de la temperatura y el dolor, homeostasis, centro de la sed, patrones de sueño

Conciencia, ritmo cardiaco, respiración, respuestas visuales y auditivas

incluye

Cerebro

Cerebelo

Líquido cefalorraquídeo

permite permite controla controlan permiten

MAPA CONCEPTUAL 11-1. El encéfalo.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

mesencéfalo, (2) el diencéfalo, que consiste del tálamo e hipotálamo, (3) el cerebro, y (4) el cerebelo. El encéfalo está protegido por los huesos del cráneo y las meninges. Las meninges craneales es el nombre que se le atribuye a las meninges que protegen el cerebro y tienen la misma estructura de las espinales: la duramadre externa, la aracnoides media y la piamadre interna (discutidas en el capítulo 10). El encéfalo, al igual que la médula espinal, están protegidos por el líquido cefalorraquídeo que circula a través del espacio subaracnoideo que lo rodea, a la médula espinal, y a través de los ventrículos del mismo. Los ventrículos son cavidades dentro del encéfalo que se conectan entre sí, con el espacio subaracnoideo de las meninges y con el canal central de la médula espinal. El líquido cefalorraquídeo sirve como un amortiguador para el sistema nervioso central y hace circular los nutrientes.

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El encéfalo posee cuatro ventrículos (Figura 11-2). Hay dos ventrículos laterales en cada lado o hemisferio del cerebro ubicados debajo del cuerpo calloso. El tercer ventrículo es una rendija ubicada entre y por debajo de las dos mitades (la izquierda y la derecha) del tálamo, y se encuentra entre los ventrículos laterales. Cada ventrículo lateral se conecta con el tercer ventrículo por una estrecha abertura ovalada llamado foramen interventricular o foramen de Monroe. El cuarto ventrículo se encuentra entre el cerebelo y el tronco encefálico inferior. Se conecta con el tercer ventrículo a través del acueducto cerebral, también conocido como el acueducto de Sylvius. El techo de este cuarto ventrículo cuenta con tres aberturas mediante las cuales se conecta con el espacio subaracnoideo de las meninges del encéfalo y la médula espinal; esto permite el flujo de líquido cefalorraquídeo a través de la médula espinal, el encéfalo y sus ventrículos.

Nervios craneales

tienen una

Estructura específica

desarrollan

Funciones específicas

realiza

que incluye

Nervio olfatorio (I)

Nervio óptico (II)

Nervio oculomotor (III), Troclear (IV), Abducens (VI)

que incluyen

Nervio facial Nervio (VII), trigeminal (V), Glosofaríngeo Vestibulococlear (IX), (VIII), Hipogloso (XII) Accesorio (IX), Vago (X)

Trituración, equilibrio, voz, percepción de los órganos

Sentido del gusto, expresiones faciales, deglución, movimientos de la lengua

Movimientos oculares

Sentido de la vista

Sentido del olfato

permiten permiten permiten permiten permiten

MAPA CONCEPTUAL 11-2. Los nervios craneales.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

Sistema nervioso autónomo y los sentidos especiales

tienen una

División simpática del SNA

División parasimpática del SNA

desarrollan

Estructura específica

Funciones específicas

que incluye

que incluyen

Nariz

Lengua

Ojo

Sentido de la audición y del equilibrio

Oído

Sentido de la vista

Sabor salado, ácido, amargo y dulce

Sentido del olfato

Restauración del cuerpo a un estado carente de estrés, controla digestión, micción, defecación y constricción de pupilas

Incrementa el ritmo cardiaco y la tasa respiratoria, el gasto energético, contiende con el estrés

Neuronas Papilas Neuronas sensoriales gusta- sensoriales bipolares bipolares tivas

permite detectan detectan detectan permite permite

MAPA CONCEPTUAL 11-3. El sistema nervioso autónomo y los sentidos especiales.

ANATOMÍA Y FUNCIÓN DEL TRONCO ENCEFÁLICO El tronco encefálico está conformado por el bulbo raquídeo, el puente de Variolo, y el mesencéfalo. Conecta al encéfalo con la médula espinal. Es una zona muy delicada del cerebro y los daños, inclusive a áreas pequeñas, pueden causar la muerte. La Figura 11-3 muestra las partes del cerebro y las áreas de función cerebral. El bulbo raquídeo contiene todos los tractos ascendentes y descendentes que conectan la médula espinal con diversas partes del cerebro. Estos conductos constituyen la sustancia blanca de la médula. Algunos tractos motores se ubican de manera transversal mientras

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atraviesan el bulbo raquídeo. El cruce de dichas vías se conoce como decusación de las pirámides y explica el porqué las áreas motoras en un lado de la corteza cerebral controlan los movimientos del músculo esquelético en el lado opuesto del cuerpo. El bulbo raquídeo también presenta un área de materia gris dispersa que contiene algunas fibras blancas. Esta zona se llama formación reticular, y funciona en el mantenimiento de la conciencia y el despertar. Dentro de la médula se encuentran tres centros de reflejo vitales de este sistema reticular: el centro vasomotor, que regula el diámetro de los vasos sanguíneos, el centro cardiaco, que regula la fuerza de contracción y el ritmo cardiaco, y el área de ritmicidad medular, que ajusta el ritmo básico de la respiración.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

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Encéfalo

Tálamo

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Hipotálamo Mesencéfalo Puente

Cerebelo

Bulbo raquídeo Médula espinal

FIGURA 11-1. Estructura del encéfalo.

Tercer ventrículo

Piamadre Cuerpo calloso Espacio subaracnoideo

Ventrículo lateral Foramen u orificio de Monroe

Aracnoides Espacio subdural

Cerebro

Duramadre

Cráneo

Cuarto ventrículo

© Delmar/Cengage Learning

Acueducto cerebral

Cerebelo

FIGURA 11-2. Los ventrículos del encéfalo, las meninges craneales y el patrón de flujo del líquido cefalorraquídeo.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

Surcos Circunvoluciones del hemisferio cerebral (giros)

Lóbulo parietal

Cerebro Lóbulo frontal Lóbulo occipital Lóbulo temporal (A) Mesencéfalo Tronco encefálico

Puente

Cerebelo

Bulbo raquídeo

Emociones, personalidad, moralidad, intelecto, habla

Ha b

Vista lateral

la Área sensorial, motora, sensación de dolor, calor, tacto Audición Vista

(B)

Impulsos de relevo Control nervioso autónomo, control de la presión arterial, regulación de la temperatura corporal, estimulación de la hormona antidiurética, asistencia en la regulación del apetito, actúa sobre los intestinos, participa en las emociones, ayuda a mantener el estado de vigilia

Reflejos oculares, impulsos relacionados con la conducta Respiración, trituración, gusto

Tono muscular, equilibrio, caminar, bailar Corazón, pulmones, estómago, vasos sanguíneos

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Olfato

FIGURA 11-3. (A) Estructura del encéfalo. (B) Áreas de función cerebral.

El puente de Varolio es un puente que conecta la médula espinal con el encéfalo y las partes diversas partes del encéfalo entre sí. Las fibras longitudinales se comunican con la médula espinal o comunican el bulbo raquídeo con las partes superiores del encéfalo, y las fibras transversales con el cerebelo. Su área pneumotáxica y apneustica ayudan en el control de la respiración. El mesencéfalo contiene los pedúnculos cerebrales ventrales, que transmiten los impulsos desde la corteza cerebral al puente y a la médula espinal. También contiene el tectum dorsal, que es un centro reflejo que controla el movimiento de los ojos y de la cabeza en respuesta

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a estímulos visuales; también controla el movimiento de la cabeza y el tronco en respuesta a estímulos auditivos, tales como ruidos fuertes.

ANATOMÍA Y FUNCIÓN DEL DIENCÉFALO El diencéfalo se localiza en la parte superior del mesencéfalo y entre los dos hemisferios cerebrales. También rodea el tercer ventrículo. Se divide en dos áreas principales: el tálamo y el hipotálamo. También contiene

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

los tractos ópticos y el quiasma óptico, donde los nervios ópticos se cruzan entre sí; el infundíbulo, que se inserta en la glándula pituitaria; los cuerpos mamilares, que intervienen en la memoria y las respuestas emocionales al olor; y la glándula pineal, que forma parte del epitálamo. La glándula pineal es una glándula endocrina en forma de piña que segrega la melatonina, que afecta a nuestro estado de ánimo y nuestro comportamiento. Esto se discute en el Capítulo 12. El tálamo es la parte superior del diencéfalo y la estación principal de transmisión de impulsos sensoriales que llegan a la corteza cerebral procedentes de la médula espinal, tronco encefálico, y de las distintas partes del cerebro. También desarrolla una función importante como centro de interpretación para el reconocimiento consciente del dolor y la temperatura y de cierta percepción de la presión y el tacto. El epitálamo es un área pequeña ubicada en la zona superior y posterior del tálamo. Contiene algunos núcleos pequeños involucrados en las respuestas emocionales y viscerales al olor. Contiene la glándula pineal. El hipotálamo es la parte inferior del diencéfalo y, a pesar de su pequeño tamaño, controla muchas funciones corporales relacionadas con la homeostasis. Controla e integra el sistema nervioso autónomo. Recibe impulsos sensoriales de los órganos internos. Es el intermediario entre el sistema nervioso y el sistema endocrino, ya que envía señales y controla la glándula pituitaria. Es el centro de los fenómenos del poder de la mente sobre el cuerpo. Cuando oímos hablar de las curaciones inexplicables en personas diagnosticadas con una enfermedad terminal, pero que se negaron a aceptar el diagnóstico y

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se recuperaron, el hipotálamo puede haber estado involucrado en este fenómeno de control de la mente sobre el cuerpo. El hipotálamo controla nuestros sentimientos de rabia y agresión. Controla la temperatura de nuestro cuerpo. Contiene nuestro centro de la sed, informándonos de cuándo y cuánta agua debemos beber para mantener nuestro cuerpo en un estado saludable. Mantiene el estado de vigilia y los patrones de sueño, lo que nos permite adaptarnos a diferentes turnos de trabajo o los problemas del desfase de horario al viajar. También regula la ingesta de alimentos.

CEREBRO: ESTRUCTURA Y FUNCIONES El cerebro constituye la porción más grande del encéfalo. Su superficie está compuesta de materia gris y se conoce como la corteza cerebral. Debajo de la corteza se encuentra la materia blanca. Una fisura importante, la fisura longitudinal, separa el cerebro en dos mitades: derecha e izquierda o en hemisferios cerebrales. En la superficie de cada hemisferio se encuentran numerosos pliegues llamados circunvoluciones que presentan numerosos surcos. Los pliegues aumentan la superficie de la corteza. Ésta cuenta con áreas motoras para controlar los movimientos musculares, las áreas sensoriales para la interpretación de impulsos sensoriales, y áreas de asociación involucradas en los procesos emocionales e intelectuales. Un puente de fibras nerviosas conocido como el cuerpo calloso conecta los dos hemisferios cerebrales (Figura 11-4).

Lóbulo frontal Corteza cerebral (materia gris)

Giro Surco Superior Materia gris

Fisura longitudinal Surco central

Materia blanca

Cuerpo calloso Lóbulo parietal Ínsula

Putamen

Lóbulo occipital Ventrículo lateral

Globo pálido Inferior

Tálamo

Núcleos basales Núcleo lentiforme

Tercer ventrículo Materia blanca del cerebro

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Núcleo caudado

Surco lateral

FIGURA 11-4. Anatomía de los hemisferios cerebrales (sección frontal).

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

Los lóbulos de los hemisferios cerebrales toman su nombre de los huesos del cráneo que se encuentran por encima de ellos. El lóbulo frontal constituye la porción anterior de cada hemisferio. Controla las funciones musculares voluntarias, los estados de ánimo, la agresión, la recepción de olor y la motivación. El lóbulo parietal se localiza detrás del lóbulo frontal y se separa de éste mediante el surco central. Es el centro de control para evaluar la información sensorial proveniente del tacto, el dolor, el equilibrio, el sabor y la temperatura. El lóbulo temporal se localiza por debajo de los lóbulos frontal y parietal y está separado de ellos por la fisura lateral. Evalúa los estímulos de audición y los estímulos olfatorios, y además participa en los procesos de memoria. También funciona como un importante centro de pensamientos abstractos y de toma de decisiones. El lóbulo occipital constituye la parte posterior de cada hemisferio, sus límites no son distintos de los otros lóbulos. Funciona en la recepción e interpretación de la información visual (Figuras 11-1 y 11-3). Un quinto lóbulo, la ínsula, está incrustado profundamente en el surco lateral. El surco central separa los lóbulos frontal y parietal. El surco lateral separa el cerebro en los lóbulos frontales, parietales y temporales.

CEREBELO: ESTRUCTURA Y FUNCIONES El cerebelo es la segunda estructura más grande del encéfalo. Presenta una forma similar a una mariposa. Se encuentra por debajo de los lóbulos occipitales del cerebro y detrás del puente y el bulbo raquídeo del tronco encefálico (Figura 11-3). Se compone de dos hemisferios parcialmente separados conectados por una estructura centralizada estrecha llamada vermis. El cerebelo se compone principalmente de la materia blanca con una fina capa de materia gris en su superficie, llamada la corteza cerebral. Funciona como un centro de reflejo en la coordinación de movimientos complejos de los músculos esqueléticos, el mantenimiento de la postura corporal adecuada y del equilibrio. Si está dañado, puede haber una disminución en el tono muscular, temblores, pérdida de equilibrio y dificultad en los movimientos del músculo esquelético.

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EL SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO El sistema nervioso autónomo es una subdivisión del sistema nervioso periférico eferente. Funciona automáticamente sin esfuerzo consciente. Regula las funciones de los órganos internos controlando las glándulas, los músculos lisos y el músculo cardiaco. Ayuda a mantener la homeostasis mediante el control del ritmo cardiaco, la presión arterial, la respiración y la temperatura corporal. Este sistema nos ayuda a hacer frente a situaciones de emergencia, a las emociones y las actividades físicas. Los receptores presentes en los órganos envían impulsos sensoriales al cerebro y a la médula espinal. Los impulsos motores viajan a lo largo de las fibras nerviosas periféricas que conducen a los ganglios ubicados fuera del sistema nervioso central dentro de los nervios craneales y espinales. Estos ganglios son parte del sistema nervioso autónomo. El sistema nervioso autónomo se divide en dos partes. La división simpática (Figura 11-5), que prepara el cuerpo para situaciones de estrés que requieren gasto energético, como el aumento del ritmo cardiaco y la tasa respiratoria, para poder huir de una situación de peligro. Las fibras del sistema se derivan de las regiones torácica y lumbar de la médula espinal. Sus axones salen de la médula a través de las raíces ventrales de los nervios espinales, pero luego dejan el nervio espinal y entran en los miembros de una cadena de ganglios paravertebrales que se extiende longitudinal y lateralmente a la columna vertebral. Otra neurona que deja el ganglio paravertebral, la fibra postganglionar, se dirige al órgano efector. La división simpática utiliza la acetilcolina en las sinapsis preganglionares como un neurotransmisor, pero usa la norepinefrina (o noradrenalina) en las sinapsis de las fibras postganglionares. La división parasimpática opera en condiciones normales que carecen de estrés. También funciona en la restauración del cuerpo a un estado de descanso después de una experiencia estresante, contrarrestando los efectos de la división simpática. Las fibras preganglionares de la división parasimpática surgen del tronco encefálico y la región sacra de la médula espinal (Figura 11-6). Conducen hacia el exterior en los nervios craneales y sacrales de los ganglios situados cerca de las vísceras. Las fibras postganglionares son cortas y se dirigen a los músculos o las glándulas dentro de las vísceras para producir sus efectos. Las fibras preganglionares y postganglionares de la división parasimpática utilizan acetilcolina como neurotransmisor en las sinapsis. La mayoría de los órganos que reciben las neuronas motoras autónomas son inervados por las divisiones simpática y parasimpática. Sin embargo, hay algunas excepciones: los vasos sanguíneos y las glándulas sudoríparas están inervadas únicamente por neuronas simpáticas, y los músculos lisos asociadas con la lente del ojo son controlados exclusivamente por neuronas parasimpáticas.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

Médula

Ganglio ciliar

Glándula lagrimal y septo nasal

Mesencéfalo

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Nervio craneal III Mesencéfalo

Cadena de ganglios paraventrales

Nervio craneal VII

Ojo

Médula

Ganglio pterigopalatino Glándula paratiroides

Ganglio submandibular

Glándulas salivales submandibular y sublingual

Nervio craneal IX

Tráquea

T1 T2

Corazón

T1

T3

Pulmón

Ganglio ótico

T4

T2

Nervio craneal X

T5

Ganglio celiaco T6

T3

Estómago

T4

Pulmón T7

Páncreas

T6 Intestino delgado

T9 T10

T5

Corazón

T8

T7

Hígado

Hígado

Bazo

T8

T11

Glándula adrenal (médula)

T12

T9

Estómago

L1

T10

L2

T11

Bazo Ganglio mesentérico superior

Intestino grueso

T12

Páncreas Intestino delgado

L1 L2

Vejiga y genitales

Intestino grueso

Riñón

FIGURA 11-5. Rutas nerviosas de la división simpática del sistema nervioso autónomo.

S2 Vejiga, genitales

La división simpática nos prepara para la actividad física al incrementar la presión arterial y el ritmo cardiaco, dilata las vías respiratorias para permitir el aumento de la tasa respiratoria y estimula la sudoración. También provoca la liberación de glucosa desde el hígado como una fuente rápida de energía, mientras que inhibe las actividades digestivas. Este sistema es a veces llamado sistema de corre o defiéndete, ya que nos prepara para enfrentar una situación de peligro o huir rápidamente de ella. La división parasimpática estimula la digestión, micción y defecación. También contrarresta los efectos de la

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Ganglio mesentérico inferior

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Riñón

S3 Nervios pélvicos S4

FIGURA 11-6. Rutas nerviosas de la división parasimpática del sistema nervioso autónomo.

división simpática al disminuir el ritmo cardiaco, la presión arterial y disminuir la tasa respiratoria. También es responsable de la constricción de la pupila del ojo. Esta división en ocasiones es llamada el sistema de descanso y reposo.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

LOS 12 NERVIOS CRANEALES Y SUS FUNCIONES Contamos con 12 pares de nervios craneales. Diez pares se originan en el tronco encefálico. Los 12 pares abandonan el cráneo a través de varios agujeros. Son designados en dos formas: con números romanos indican el orden en que surgen los nervios desde el encéfalo (parte frontal del encéfalo hacia la parte posterior), y por nombres que indican su función o distribución. Algunos nervios craneales son únicamente sensoriales o aferentes, otros sólo son motrices o eferentes. Los nervios craneales cuya función es sensorial y motriz se conocen como nervios mixtos (Figura 11-7). El nervio olfatorio (I) es únicamente sensorial y transmite impulsos relacionados con el olfato. El nervio óptico (II) también es enteramente sensorial y transmite impulsos relacionados con la vista. El nervio oculomotor (III) es un nervio motor; controla el movimiento de los globos

oculares y del parpado superior y transmite impulsos relacionados con la sensación muscular y la percepción de la posición del cuerpo conocida como propriocepción. Su función parasimpática causa la constricción de la pupila del ojo. El nervio troclear (IV) es un nervio motor. Controla el movimiento del globo ocular y transmite impulsos relacionados con la percepción muscular. Es el nervio craneal más pequeño. El nervio trigeminal (V) es un nervio mixto y es el nervio craneal más grande. Tiene tres ramas: la maxilar, la mandibular y la oftálmica. Controla los movimientos de masticación y entrega al área facial impulsos relacionados al tacto, dolor y temperatura en los dientes. El nervio abducens (VI) es un nervio motor que controla el movimiento del globo ocular. El nervio facial (VII) es un nervio mixto. Controla los músculos responsables de la expresión facial y transmite sensaciones relacionadas con el gusto. Su función parasimpática controla las glándulas salivales y lagrimales. El nervio vestibulococlear (VIII) es enteramente sensorial.

Nervio olfatorio (I)

Nervio óptico (II) Nervio oculomotor (III)

Rama oftálmica Rama maxilar

Nervio troclear (IV)

Rama mandibular Nervio trigeminal (V)

Nervio abducens (VI)

Nervios glosofaríngeo (IX) y vago (X)

Nervios facial (VII y vestibulococlea (VIII)

Nervio accesorio (XI)

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Nervio hipogloso (XII)

FIGURA 11-7. Los nervios craneales son nombrados con números romanos o por un nombre que hace referencia a su función.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

ALERTA SANITARIA

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ALERTA MENTAL

Una actividad mental conduce a la agilidad mental y a un cerebro sano. Conforme los niños crecen, los juguetes que requieren la interacción mental, el pensamiento, y la elección los ayudan a desarrollarse mentalmente. La lectura debe convertirse en un hábito durante toda su vida. Crucigramas, novelas, obras de teatro, y el ver una buena película son actividades que nos mantienen alerta durante nuestro tiempo libre y ejercitan nuestro cerebro. La dieta juega un papel en el mantenimiento de buenas funciones mentales. La proteína es un alimento esencial para el desarrollo mental en los niños pequeños. Muchos de nosotros hemos oído cómo el pescado es alimento para nuestro cerebro. El pescado es una excelente fuente de proteínas así como las carnes y aves de corral. Existen también muchas plantas que son fuentes de proteína como el cacahuate, la soya y el trigo. Los emparedados de mantequilla de cacahuate y mermelada o de atún a base de pan de trigo integral, son excelentes fuentes de proteína en las loncheras de los niños.

ALERTA SANITARIA

ALERTA DE CAFEÍNA

La cafeína se encuentra en el café, té, Coca-Cola, Pepsi y otras bebidas gaseosas al igual que el chocolate en pequeñas cantidades. Es uno de nuestros “productos básicos” y una droga legal disfrutada por millones de personas en el mundo. La cafeína funciona de la misma manera que la división simpática del sistema nervioso autónomo. Es decir, estimula la actividad fisiológica, causando un aumento de la frecuencia cardiaca. Nosotros lo interpretamos como un “levantón” en la mañana y nos mantiene alerta durante las horas pico de trabajo. Las cantidades moderadas de cafeína no suponen graves amenazas para nuestra salud. Sin embargo, el consumo excesivo de cafeína puede provocar presión arterial alta, ansiedad, un ritmo cardiaco irregular, y dificultad para conciliar el sueño. Los niveles de tolerancia de la cafeína varían de individuo a individuo. Hay que vigilar y determinar nosotros mismos cuánta cafeína es segura y qué cantidades pueden producir síntomas problemáticos. Una cantidad moderada de cafeína equivale a dos tazas de café o refresco de cola al día. Dado que los estudios con animales han demostrado una relación entre defectos de nacimiento y el consumo de cafeína, las mujeres embarazadas deben evitar el consumo de cafeína durante todo el periodo de embarazo.

Transmite impulsos relacionados con el equilibrio y la audición. El nervio glosofaríngeo (IX) es un nervio mixto que controla la deglución y percibe el sabor. Su función parasimpática controla las glándulas salivales. El nervio vago (X) es un nervio mixto que controla los movimientos de los músculos esqueléticos de la faringe, laringe y el paladar. Transmite los impulsos de las sensaciones en la laringe, en las vísceras y el oído. Su función parasimpática controla las vísceras presentes en el tórax y el abdomen. El nervio accesorio (XI) es un nervio motor, se origina en el tronco encefálico y en la médula espinal. Ayuda a controlar la deglución y los movimientos de la cabeza. Finalmente el nervio hipogloso (XII) es un nervio motor que controla los músculos involucrados en el habla y la

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deglución, sus fibras sensoriales conducen impulsos para la sensación muscular. La Tabla 11-1 muestra un resumen de los nombres y funciones de los nervios craneales.

LOS SENTIDOS ESPECIALES Los cinco sentidos son el olfato, el gusto, la vista, la audición y el equilibrio. Los sentidos del olfato y del gusto son activados por las interacciones entre compuestos químicos y los receptores sensoriales localizados en la lengua y en la nariz. La visión ocurre debido a las interacciones de la luz con los receptores sensoriales del ojo. La audición y el equilibrio funcionan gracias a la interacción de los estímulos mecánicos (ondas sonoras en el caso de la

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

Tabla 11-1

Nervios craneales

Número

Nombre

Función

I

Olfatorio

Sensorial: olfato

II

Óptico

Sensorial: visión

III

Oculomotor

Motor: movimiento del globo ocular, regulación del tamaño de la pupila

IV

Troclear

Motor: movimientos oculares

V

Trigeminal

Sensorial: sensaciones en la cabeza y cara, sensación muscular Motor: masticación Nota: se divide en tres ramas, la rama oftálmica, la rama maxilar y la rama mandibular

VI

Abducens

Motor: movimiento del globo ocular, particularmente la abducción

VII

Facial

Sensorial: gusto Motor: expresión facial, secreción de saliva

VIII

Vestibulococlear

Sensorial: equilibrio, audición Nota: se divide en dos ramas, la rama vestibular responsable del equilibrio y la rama coclear responsable de la audición

IX

Glosofaríngeo

Sensorial: gusto Motor: deglución, secreción de saliva

X

Vago

Sensorial: sensación de los órganos suministrados Motor: movimiento de los órganos suministrados Nota: suministra la cabeza, faringe, bronquios, esófago, hígado y estómago

XI

Accesorio

Motor: movimiento de los hombros, movimiento de la cabeza y producción de la voz

XII

Hipogloso

Motor: movimientos de la lengua

audición y el movimiento para el balance) con los receptores sensoriales localizados dentro del oído.

El sentido del olfato El sentido del olfato también se conoce como sentido olfatorio. Las moléculas en el aire entran en la cavidad nasal y se disuelven en la mucosa epitelial de los cornetes nasales superiores, la plataforma superior de la nariz (Figura 11-8A). Ahí entran en contacto con las neuronas olfatorias modificadas para responder a los olores. Estas neuronas son bipolares. Sus dendritas se encuentran en la superficie epitelial de la plataforma superior y están en contacto con los receptores olfativos de la nariz. Las moléculas aromáticas se unen a estos receptores. Las neuronas olfativas transmiten el impulso a lo largo de sus axones cuyos extremos se convierten en bulbos olfatorios agrandados. A partir de ahí, se conectan con las neuronas de asociación ubicadas en el área del encéfalo llamada

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corteza olfativa localizada en los lóbulos temporal y frontal del cerebro. Las células receptoras son neuronas que presentan cilios en el extremo distal de sus dendritas (Figura 11-8B). Estos cilios funcionan como quimiorreceptores para detectar olores. Estas primeras moléculas se disuelven en la membrana mucosa que recubre la plataforma olfativa y luego son detectadas. El sentido del olfato está estrechamente relacionado con el sentido del gusto, utilizamos estos dos sentidos para decidir si deseamos comer un alimento en particular. Nuestro sentido del olfato es complejo debido a que un pequeño número de receptores detectan una gran variedad de olores. Es el cerebro que interpreta estas combinaciones de receptores en un tipo de código olfatorio. El mecanismo exacto de este funcionamiento todavía está siendo investigado por biólogos. Sin embargo, sí sabemos que los receptores olfatorios se adaptan rápidamente a los olores y después de un breve periodo ya no percibimos el olor tan intensamente como cuando lo detectamos en un inicio.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

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Fibras nerviosas bipolares dentro del bulbo olfatorio Tracto olfatorio

Bulbo olfatorio Área olfatoria de la cavidad nasal Cornetes nasales superiores

Placa cribiforme Células epiteliales columnares

Cavidad nasal

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Células receptoras olfatorias Cilios

(A)

(B)

FIGURA 11-8. (A) El área olfatoria de la nariz, formada por los cornetes nasales superiores. (B) Las células epiteliales columnares dan soporte a las células olfatorias receptoras, las cuales presentan cilios en sus extremos.

El sentido del gusto Las papilas gustativas son las estructuras sensoriales que se encuentran en determinadas papilas; son elevaciones de la lengua, que detectan los estímulos del gusto (Figura 11-9). Las papilas gustativas se encuentran también en el paladar ubicado en el techo de la boca, en algunas regiones de la faringe y en los labios de los niños. Cada papila gustativa está formada por dos tipos de células. El primer tipo son células epiteliales especializadas que forman la cápsula exterior del paladar. El segundo tipo de células forma el interior de las papilas gustativas. Éstas se llaman células gustativas y funcionan como receptores para el sabor. Las papilas gustativas son esféricas y presentan una abertura llamada poro del gusto. Los pelos gustativos son proyecciones diminutas de las células gustativas que se extienden fuera del poro del gusto. Estos pelos gustativos son los que en realidad funcionan como receptores de las células gustativas. Los nervios craneales VIII, IX y X conducen las sensaciones del gusto al encéfalo, el cual percibe e interpreta el sabor. Antes de que una sustancia química pueda degustarse, primero debe disolverse en un líquido (al igual que los olores en la nariz); la saliva producida por las glándulas salivales ofrece este medio líquido. Las fibras

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nerviosas que rodean las células gustativas transmiten los impulsos al cerebro para su interpretación. Los impulsos sensoriales viajan en los nervios faciales (VIII), glosofaríngeo (IX) y vago (X) hacia la corteza gustativa (sabor) y la corteza del lóbulo parietal del cerebro para su interpretación. Los cuatro principales tipos de sensaciones de sabor son: dulce, ácido, salado y amargo. A pesar de que todas las papilas gustativas pueden detectar los cuatro sabores, en la sección posterior de la lengua reaccionan fuertemente al sabor amargo, en la punta de la lengua reaccionan fuertemente al sabor dulce y salado, y las que están ubicadas a los lados de la lengua responden con más fuerza a los sabores ácidos (Figura 11-9). Las sensaciones gustativas están también influenciadas por las olfativas. El taparse la nariz al momento de deglutir reduce la sensación del sabor. Ésta es una práctica común cuando se toma una medicina de mal sabor.

El sentido de la vista Los ojos son los órganos de la vista. Están protegidos por las órbitas del cráneo. Véase el Capítulo 7 para revisar los huesos que forman las órbitas. Además, las cejas ayudan a

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

Papilas

Célula gustativa Poro gustativo (A)

Papilas gustativas

Célula de soporte

Fibra nerviosa sensorial

Pelo gustativo Tejido conectivo Epitelio de la lengua

(C)

(D)

(E)

(F)

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(B)

FIGURA 11-9. (A) Las papilas gustativas ubicadas en la superficie de la lengua están asociadas con elevaciones llamadas papilas. (B) Una papila gustativa que contiene células del gusto presenta en su superficie una abertura llamada poro gustativo. Las secciones coloreadas indican los patrones comunes de los receptores del gusto: (C) dulce, (D) ácido, (E) salado, (F) amargo.

crear una sombra en los ojos y evitan que la transpiración entre al ojo y cause irritación. Los párpados y las pestañas protegen los ojos de objetos extraños. El parpadeo lubrica la superficie del ojo mediante la difusión de lágrimas que son producidas por la glándula lagrimal. Las lágrimas no sólo lubrican el ojo, sino que también ayudan a combatir las infecciones bacterianas a través de la enzima lisozima, la sal y la gammaglobulina.

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Conexión con StudyWARE ™ Observa la animación en tu CD CD-ROM ROM de StudyWARE™, que explica cómo se produce la vista.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

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Cuerpo ciliar y músculos intrínsecos Ligamentos suspensorios Conjuntiva

Retina

Iris Arterias y venas de la retina

Pupila Vía del haz de luz

Fóvea centralis

Cámara anterior con humor acuoso Córnea

Nervio óptico

Lente Cámara posterior con humor vítreo

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Punto ciego (disco óptico)

Coroides Esclerótica

FIGURA 11-10. La anatomía del ojo, vista transversal.

El ojo es una esfera llena de dos líquidos (Figura 11-10). Los músculos esqueléticos responsables de los movimientos oculares, los músculos rectos y los músculos oblicuos, se discuten en el Capítulo 9. La pared del ojo se compone de tres capas de tejido. La capa más externa, la esclerótica, es de color blanco y está compuesta de tejido conjuntivo resistente. Al mirarnos en el espejo, es aquella porción de color blanco de nuestro ojo. La córnea es la parte transparente de esta capa más externa que permite la entrada de luz al ojo. La segunda capa es la coroides, que contiene numerosos vasos sanguíneos y células pigmentadas. Es de color negro y absorbe la luz para que no se refleje en el ojo e interfiera con la visión. La capa más interna del ojo es la retina. Es de color gris y contiene las células fotosensibles conocidas como conos y bastones. El cuerpo ciliar se compone de los músculos lisos que sostienen al cristalino (lente) biconvexo, flexible y transparente, en su lugar. El iris es la parte que da color al ojo, y consiste de músculo liso que rodea la pupila. El iris regula la cantidad de luz que entra al ojo, modificando el diámetro de la pupila. Cuando entramos en un cuarto oscuro, el iris se abre para permitir una mayor entrada de luz. Cuando salimos a un lugar donde haya luz solar intensa, el iris se contrae, dejando entrar menos cantidad de luz a la pupila. El interior del ojo se divide en dos compartimentos. En frente de la lente se encuentra el compartimento anterior que se llena con un líquido llamado humor acuoso. Este líquido ayuda a desviar la luz, es una fuente de nutrientes para la superficie interna del ojo y mantiene la presión ocular; es producido por el cuerpo ciliar. El com-

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partimento posterior del ojo está lleno de humor vítreo. También ayuda a mantener la presión ocular, refracta o quiebra la luz y mantiene la retina y el cristalino en su lugar. La retina es la capa más interna del ojo y contiene las células fotosensibles (Figura 11-11). La retina tiene una capa epitelial pigmentada que ayuda a que la luz no se refleje de nuevo hacia el ojo. La capa sensorial está formada por conos y bastones, donde los bastones son más abundantes. Los bastones son muy sensibles a la luz así que funcionan con poca luz, pero no producen la visión

Célula ganglionar

Neurona bipolar sensorial

Nervio óptico (11)

Bastones

Retina

Cuerpos celulares Conos, responsables de la visión a color y de la luz brillante

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Anatomía del ojo

FIGURA 11-11. Las capas de la retina muestran los conos,

bastones, y otras capas celulares.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

en color. Los conos son los responsables de la visión a color. Tres tipos diferentes de conos son sensibles al rojo, verde o azul, las combinaciones de estos conos producen los demás colores que observamos. Los conos y bastones hacen sinapsis con las células bipolares de la retina. Las células bipolares hacen sinapsis con las células de los ganglios cuyos axones forman el nervio óptico. Finalmente, las fibras del nervio óptico llegan al tálamo del cerebro y hacen sinapsis en su parte posterior y entran como radiaciones ópticas hasta la corteza visual del lóbulo occipital del cerebro para su interpretación. La mancha amarillenta en el centro de la retina se llama mácula lútea. En su centro existe una depresión llamada fóvea central. Esta región produce la visión más aguda, como cuando miramos directamente a un objeto. En la parte media de la fóvea central se encuentra el disco óptico. Es aquí donde las fibras nerviosas salen del ojo formando el nervio óptico. Debido a que el disco óptico no tiene células receptoras, se denomina punto ciego. Tanto los bastones como los conos contienen pigmentos sensibles a la luz. Los bastones contienen el pigmento llamado rodopsina. Los conos contienen un pigmento ligeramente diferente; cuando se expone a la luz, la rodopsina se descompone en una proteína llamada opsina y un pigmento llamado retinal. La fabricación del retinal requiere vitamina A. Una persona con deficiencia de vitamina A puede experimentar ceguera nocturna, que es la dificultad para ver con poca luz. La vista es uno de nuestros sentidos más importantes. Los seres humanos dependen de la vista como sen-

Oído externo

tido principal para sobrevivir e interactuar con nuestro entorno. Nos educamos a través de la información visual, a través de la lectura, las interpretaciones de color y de movimiento. Las personas que pierden la vista tienden a desarrollar la agudeza de los otros sentidos como el olfato y el oído, los sentidos que nuestras mascotas, los perros y gatos, han desarrollado en un alto grado.

Conexión con StudyWARE ™ Practica un juego interactivo relacionando las diferentes estructuras del ojo en tu CD-ROM de StudyWARE™.

El sentido de la audición y el equilibrio El oído externo, interno y medio contienen los órganos del equilibrio y la audición (Figura 11-12). El oído externo es la parte que se extiende desde la parte exterior de la cabeza hasta el tímpano. En la porción media de éste encontramos la membrana timpánica, una cámara llena de aire denominada oído medio; éste contiene los huesecillos conocidos como: martillo, yunque y estribo. El oído externo y medio están involucrados en la audición. El interno es un grupo de cámaras llenas de líquido, involucrados tanto en el equilibrio como en la audición.

Oído medio Yunque Canales semicirculares

Martillo

Vestíbulo Ramas del nervio vestibulococlear

Aurícula

Cóclea meato auditivo externo

Tubo auditivo (de Eustaquio)

Estribo

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Ventana oval

Ventana redonda

Membrana timpánica

Oído interno

FIGURA 11-12. El oído externo, medio e interno y sus órganos.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

El oído externo consta de la parte flexible y visible conocida como la aurícula, compuesta principalmente de cartílago elástico. Ésta se conecta con nuestro canal auditivo conocido como el conducto auditivo externo. El pabellón auricular permite que las ondas de sonido entren al canal auditivo, y dirige las ondas hacia el tímpano o membrana timpánica. El canal auditivo está revestido con vellos y glándulas sebáceas modificadas llamadas glándulas ceruminosas , las cuales producen cera o cerumen. Los vellos y la cera protegen al tímpano de los objetos extraños. La membrana timpánica delgada, de color gris plateado, es muy delicada y las ondas de sonido provocan su vibración. El oído medio es la cavidad llena de aire que contiene el martillo, el yunque y el estribo. Estos huesos transmiten las vibraciones sonoras desde el tímpano hasta la ventana oval. Las dos aberturas en la parte media del oído medio se denominan ventana oval y ventana redonda. Conectan el oído medio con el interno. A medida que las vibraciones de las ondas sonoras se transmiten desde el martillo al estribo, se amplifican en el oído medio. En éste también se encuentra el tubo auditivo o trompa de Eustaquio que se abre en la faringe y permite que la presión de aire entre al oído medio y el aire exterior se iguale, garantizando así que los sonidos no se distorsionen. Al viajar en un avión, los cambios de altitud cambian la presión. Esto se traduce en sonidos apagados y dolor en el tímpano. Podemos permitir que el aire entre o salga del oído medio

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a través de la trompa de Eustaquio y así igualar la presión al bostezar, masticar o tragar. A veces tapamos nuestra nariz y boca mientras expulsamos suavemente el aire de nuestros pulmones a través de la trompa de Eustaquio para destapar nuestro tímpano e igualar la presión. El oído interno está compuesto de cámaras y túneles que se interconectan con el hueso temporal. Esta área contiene la cóclea, que participa en la audición, el vestíbulo y los canales semicirculares que están involucrados en el equilibrio. El equilibrio estático es controlado por el vestíbulo y determina la posición de la cabeza en relación a la gravedad; el equilibrio cinético está controlado por los canales semicirculares y determina el cambio en lo que respecta a movimientos de rotación de la cabeza.

Conexión con StudyWARE ™ ● Ve la animación en tu CD CD-ROM ROM de

StudyWARE™ que explica cómo oímos. ● Practica un juego interactivo relacio-

nando las estructuras del oído en tu CD-ROM de StudyWARE™.

CONFORME EL CUERPO ENVEJECE El sistema nervioso se desarrolla rápidamente en el embrión en desarrollo. En el primer mes, puede observarse el encéfalo y la médula espinal. Cuando un niño nace, la cabeza es mucho mayor en proporción al resto del cuerpo a causa del desarrollo del sistema nervioso y sus neuronas. A medida que crecemos, el cerebro se desarrolla muy rápidamente durante los primeros años de vida a medida que las neuronas aumentan de tamaño. Las células de soporte o neuroglia crecen y aumentan en número, y ciertas neuronas desarrollan sus vainas de mielina, mientras que las dendritas se desarrollan e incrementan en número, lo que resulta en mayor número de sinapsis. En la madurez, el sistema nervioso comienza a sufrir numerosos cambios. El encéfalo empieza a disminuir en tamaño y masa debido a una pérdida de neuronas que constituyen la parte externa del cerebro. Los individuos, de aproximadamente 70 años de edad pierden 7% del peso de su encéfalo. Además hay una pérdida de contactos sinápticos y neurotransmisores. Esto resulta en una disminución de la capacidad para enviar impulsos hacia y desde el encéfalo. Se dificulta el procesamiento de la información y el movimiento muscular y se disminuyen las respuestas. Éstos son todos los síntomas observados en los adultos mayores. Una reducción en el tamaño de las arterias que irrigan el encéfalo da como resultado una irrigación sanguínea que suministra una menor cantidad de oxígeno, lo cual aumenta las posibilidades de accidentes cerebrovasculares en los adultos mayores.

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Campo

PROFESIONAL

Ést son las licenciaturas que están disponibles para los individuos a quienes les Éstas interese in nte trabajar con el sistema nervioso. ● L Los anestesiólogos son médicos que administran la anestesia directamente a

los pacientes durante una cirugía o que supervisan a las enfermeras anestesistas durante la aplicación de ésta. ● Los asistentes de anestesiólogos son profesionales de la salud que adquieren

información preoperatoria, como el historial de problemas relacionados con la salud, y realizan el examen físico, como la inserción de catéteres intravenosos y las inyecciones; de igual manera, participan en la atención del paciente en la sala de recuperación. ● Los neurocirujanos son médicos especialistas en cirugía del encéfalo, médula

espinal y nervios periféricos. ● Las enfermeras anestesistas son enfermeras registradas que tienen entrenamiento

avanzado sobre la anestesia y que gestionan la atención a los pacientes durante la administración de la anestesia en determinadas situaciones quirúrgicas. ● Los acupunturistas son individuos capacitados en el método tradicional chino de

calmar el dolor mediante la inserción de finas agujas en la piel en sitios específicos con el fin de producir un efecto anestésico sobre algunas partes del cuerpo. ● Los psiquiatras son médicos con formación avanzada en el diagnóstico, preven-

ción y tratamiento de los trastornos mentales. ● Los psicólogos se especializan en el estudio de la función del cerebro. Un psicólogo

clínico cuenta con un posgrado y brinda asesoramiento y pruebas a los pacientes con trastornos emocionales y mentales.

SISTEMAS CORPORALES TRABAJANDO JUNTOS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS: EL SISTEMA NERVIOSO Sistema tegumentario ● Los receptores de temperatura en la piel detectan cambios en el ambiente externo y transmiten la información al sistema nervioso central para la interpretación de las sensaciones de frío o calor. ● Los receptores de presión en la piel detectan cambios en el ambiente externo y transmiten información al sistema nervioso para la interpretación de sensaciones de placer y de dolor. Sistema esquelético ● Los huesos del cráneo y las vértebras protegen al cerebro y a la médula espinal. ● Los huesos almacenan calcio para su liberación a la sangre. El calcio es necesario para la transmisión nerviosa.

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Sistema molecular ● La contracción muscular depende de la estimulación

nerviosa. ● El sentido muscular y la posición de las partes del

cuerpo son controladas por las neuronas sensoriales e interpretadas por el sistema nervioso. Sistema endocrino ● El hipotálamo del cerebro, a través de neurosecreciones, controla la acción de la glándula pituitaria, la glándula maestra del sistema endocrino, que controla las secreciones de diversas hormonas de otras glándulas endocrinas. Sistema cardiovascular ● Los impulsos nerviosos controlan el ritmo cardiaco y la presión arterial. ● Los impulsos nerviosos controlan la dilatación y constricción de los vasos sanguíneos, controlando el flujo sanguíneo. Sistema linfático ● La ansiedad y el estrés pueden comprometer la respuesta inmune, la función principal del sistema linfático.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos… ● El hipotálamo controla los fenómenos del poder

de la mente sobre el cuerpo y refuerza la respuesta inmune, combatiendo las enfermedades. Sistema digestivo ● El sistema nervioso autónomo controla la peristalsis, que mezcla la comida con enzimas digestivas y moviliza la comida por el tracto digestivo. ● Los impulsos nerviosos nos informan cuándo vaciar el tracto de desechos no digeribles. Sistema respiratorio ● La tasa respiratoria es controlada por el sistema nervioso, controlando los niveles de oxígeno y de carbono en la sangre. ● El nervio frénico controla la acción del diafragma, que controla las tasas de respiración.

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

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Sistema urinario ● Los impulsos nerviosos enviados a los riñones controlan la composición y la concentración de la orina. ● Los receptores de la vejiga nos informan cuando debemos vaciar la orina de nuestro cuerpo. Sistema reproductivo ● El sistema nervioso estimula la producción de óvulos y espermatozoides al inicio de la pubertad y a lo largo de toda la vida en los hombres, y hasta la menopausia en las mujeres. ● El placer sexual está determinado por los receptores sensoriales en las distintas partes del cuerpo. ● Las contracciones del músculo liso, estimuladas por el sistema nervioso, provocan el parto. ● La succión de las mamas por el recién nacido estimula la producción de leche en las glándulas mamarias.

TRASTORNOS DEL SISTEMA NERVIOSO

LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER La enfermedad de Alzheimer ocasiona un deterioro mental grave. También es conocida como la demencia senil de tipo Alzheimer (SDAT, por sus siglas en inglés). Por lo general, afecta a las personas mayores pero puede empezar más temprano en la vida con síntomas de pérdida de memoria y cambio de comportamiento. La enfermedad afecta al 10% de las personas mayores de 65 años y a casi la mitad de los de 85 años o más. Los síntomas empeoran dramáticamente en individuos mayores de 70 años. Los síntomas incluyen la falta de memoria, confusión, disminución de la capacidad intelectual, inquietud, desorientación, y, en ocasiones, alteraciones del habla. La enfermedad produce la pérdida de las neuronas de la corteza cerebral, resultando en una disminución del tamaño del cerebro. Los surcos crecen en tamaño y las circunvoluciones se estrechan. Los lóbulos temporales y frontales son particularmente afectados. Se forman axones alargados en la corteza que contiene la proteína beta-amiloide. Existe una predisposición genética para la enfermedad; el primer síntoma de la enfermedad comienza generalmente con una incapacidad para asimilar la información nueva a pesar de la capacidad de retener la información vieja, dificultad para recordar palabras, y la desorientación en un entorno común. La muerte ocurre generalmente de 8-12 años después de la aparición de los síntomas. Los pacientes deben ser custodiados y mantenidos en un ambiente cómodo para evitar que se lastimen.

ACCIDENTES CEREBROVASCULARES (ACV) Los accidentes cerebrovasculares (ACV) o embolias pueden ser causados por un coágulo o trombo en un vaso sanguíneo, o por un pedazo de coágulo que se desprende y viaja en el sistema circulatorio hasta que se aloja en un vaso sanguíneo y se bloquea la circulación. Puede ser causado por una hemorragia tisular o por la constricción de los vasos sanguíneos cerebrales, conocidos como vasoespasmo. Estas situaciones pueden resultar en una muerte celular localizada debido a la falta de suministro sanguíneo al tejido. Esto se conoce como infarto. Los síntomas son determinados por el tamaño y localización del mismo e incluyen la falta de sensibilidad o parálisis en el lado corporal opuesto a donde se produjo el infarto, debilidad, defectos del habla, o incapacidad para hablar. La muerte puede sobrevenir. Sin embargo, los síntomas pueden desaparecer en infartos menores cuando cesa la inflamación del cerebro. (continúa)

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ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

TRASTORNOS DEL SISTEMA NERVIOSO (continuación)

MENINGITIS La meningitis es una inflamación de las meninges causada por una infección bacteriana o viral, lo que resulta en dolor de cabeza, fiebre y rigidez en el cuello. Cuadros graves de meningitis viral pueden resultar en parálisis, estado de coma y muerte.

ENCEFALITIS La encefalitis es una inflamación del tejido cerebral causada por la transmisión de un virus a causa de la picadura de un mosquito. Se manifiesta por una amplia variedad de síntomas, incluyendo coma, fiebre y convulsiones, y podría causar la muerte.

TÉTANOS El tétanos es causado por la infección de una herida con la bacteria Clostridium tetani. La bacteria produce una neurotoxina que afecta a las neuronas motoras de la médula espinal y del tronco encefálico. También bloquea neurotransmisores inhibidores, resultando en contracciones musculares. Los músculos de la mandíbula se afectan inicialmente y se bloquea la mandíbula en una posición cerrada. La muerte podría ser causada debido a los espasmos de los músculos respiratorios y del diafragma.

ENFERMEDAD DE PARKINSON La enfermedad de Parkinson se caracteriza por temblores de la mano cuando se está en reposo y un paso lento con arrastre de pies que produce rigidez muscular. Es causada por el daño a los núcleos basales, lo que resulta en una cantidad deficiente de dopamina, un neurotransmisor inhibitorio. La enfermedad puede ser tratada en cierta medida con L-dopa. Las nuevas investigaciones emplean células fetales de cordones umbilicales conservados para transplantar al paciente. Estas células pueden producir dopamina en el individuo con la enfermedad.

PARÁLISIS CEREBRAL La parálisis cerebral es una condición causada por daño cerebral durante el desarrollo o el parto. Las funciones motrices del niño y la coordinación muscular son defectuosas. Los síntomas incluyen movimientos torpes, cabeceo y agitamiento de los brazos. El habla se ve afectada produciendo sonidos guturales, y la deglución se dificulta. El equilibrio es pobre y se sufren espasmos y temblores musculares. La atención prenatal y obstétrica cuidadosa es necesaria para prevenir esta condición.

EPILEPSIA La epilepsia es causada por un trastorno del encéfalo donde ciertas regiones del mismo están hiperactivas, lo que produce convulsiones (contracciones musculares involuntarias) y la posible pérdida de la conciencia.

JAQUECA La jaqueca o cefalea puede ser causada por una variedad de factores, desde tensión muscular y ansiedad, hasta dolor de muelas y senos paranasales hinchados. También puede deberse a la inflamación de las meninges, a tumores cerebrales, vasculares y debido a cambios en el suministro de sangre que llega al encéfalo.

ANEURISMA Un aneurisma es un agrandamiento o dilatación de la pared del vaso sanguíneo conocido también como inflamación. Ésta puede romperse y causar un sangrado o hemorragias en la zona. La hipertensión arterial puede causar que el aneurisma estalle. Por lo general los aneurismas se desarrollan en la aorta y en las arterias que irrigan el cerebro. La hemorragia cerebral destruye el tejido cerebral. Las personas mayores comúnmente desarrollan aneurismas alrededor de la arteria poplítea de la pierna.

ESCLEROSIS MÚLTIPLE (EM) La esclerosis múltiple es una enfermedad causada por la desmielinización progresiva de las células nerviosas en el cerebro y de la médula espinal. En la actualidad se considera una enfermedad auto-

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TRASTORNOS DEL SISTEMA NERVIOSO (continuación)

inmune. Produce lesiones del cerebro y médula espinal que resultan en un endurecimiento (esclerosis) de las cubiertas grasas de las capas de mielina lo que produce la conducción deficiente de los impulsos nerviosos. Por lo general, se desarrolla a principios de la edad adulta donde progresa, presentando pequeños momentos de remisión. Los síntomas de la enfermedad son debilidad muscular, visión doble, vértigo, reflejos anormales y en ocasiones dificultad en la micción. No hay cura para la enfermedad. Los tratamientos incluyen medicamentos que alivian los síntomas. A los pacientes se les anima a vivir una vida tan normal como sea posible. Algunas personas en la última etapa de la enfermedad necesitan un vehículo médico autorizado para ayudarlos a desplazarse.

SÍNDROME DE REYE El síndrome de Reye, nombrado por el patólogo australiano Ralph Reye, es una condición que afecta en su mayoría, a las personas menores de 18 años de edad. Por lo general, se desarrolla tras padecer una infección viral aguda como gripe, varicela, o un enterovirus. En las primeras etapas los síntomas incluyen erupción cutánea, vómito y desorientación seguido por convulsiones, coma y el colapso del sistema respiratorio. La causa de la enfermedad es desconocida aunque parece estar relacionada con la administración de aspirina. Las células del cerebro se hinchan y se acumula una gran cantidad de grasa en el riñón y en el hígado.

RABIA La rabia es una enfermedad viral aguda y mortal que afecta al sistema nervioso central. Se transmite a humanos a través de una mordida que contenga saliva de mamíferos infectados como gatos o perros o de animales silvestres como los murciélagos, zorrillos, mapaches y zorros. El virus viaja hacia el cerebro y otros órganos. Los síntomas incluyen fiebre, dolor muscular y de cabeza. Si no se trata, provoca encefalitis, espasmos musculares severos, convulsiones, parálisis, coma y eventualmente la muerte. El tratamiento incluye una serie de inyecciones de la vacuna administrada por vía intramuscular. La prevención es mediante la vacunación contra la rabia de nuestros gatos y perros domésticos. Dado que los perros con rabia le temen al agua y se niegan a beber, se ha empleado el nombre de hidrofobia (miedo al agua) para describir esta enfermedad.

PARÁLISIS DE BELL La parálisis de Bell también se conoce como parálisis facial. El resultado es la parálisis del nervio facial pero solamente de un lado de la cara. El paciente afectado puede ser incapaz de controlar la salivación o de cerrar un ojo. La falta de tono muscular hace que la cara se vea lánguida. La condición generalmente es temporal, pero en casos graves puede ser permanente. Los síntomas pueden deberse a un traumatismo al nervio, la compresión del nervio, o a una infección del virus del herpes simple.

CONMOCIÓN CEREBRAL Una conmoción cerebral es causada por una sacudida violenta al cerebro como consecuencia de un golpe severo. Esto resulta en daño cerebral, lo que provoca una pérdida momentánea de conciencia. En algunos cuadros los síntomas tales como dolor de cabeza provocado por tensión muscular, cambio de personalidad, o fatiga pueden persistir durante un mes o más.

DEPRESIÓN La depresión es una condición que hasta cierto punto experimentan la mayoría de las personas en algún momento de sus vidas. Aunque se ha descrito desde hace siglos, la causa exacta no es ni específica ni universal para todos los individuos afectados. Probablemente tenga una base tanto psicológica como fisiológica. Por definición, la depresión emocional es un estado anormal donde se presentan sentimientos de tristeza, rechazo, desesperanza y falta de valor que están fuera de proporción con la realidad. Ciertos tipos de depresión pueden ser tratados con medicamentos antidepresivos o psicoterapia. Pueden expresarse ciertos comportamientos como comer en exceso, apatía, retraimiento, ira e incluso agresión.

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ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

TRASTORNOS DE LOS SENTIDOS

OTITIS MEDIA La otitis media o infección del oído medio es muy común en niños pequeños. Puede dar lugar a una pérdida temporal de audición debido a la acumulación de líquido cerca de la membrana timpánica. Los síntomas incluyen fiebre e irritabilidad, y la coloración roja del tímpano es visible después de una revisión médica.

CONJUNTIVITIS La conjuntivitis es causada por una infección bacteriana de la conjuntiva del ojo. La conjuntivitis es contagiosa y es común en los niños. Se puede transmitir fácilmente mediante el contacto de las manos con los ojos o por agua contaminada en una piscina.

MIOPÍA La miopía es la habilidad para ver objetos cercanos, pero no los lejanos.

HIPERMETROPÍA La hipermetropía es la habilidad para ver objetos distantes, pero no los cercanos. Tanto la miopía como la hipermetropía se pueden corregir mediante una lente correctiva (una lente cóncava para la miopía y una lente convexa para la hipermetropía).

PRESBICIA La presbicia es una disminución en la capacidad del ojo para ver de cerca. Ésta es una parte normal del envejecimiento y ocurre generalmente alrededor de los 40 años. Se puede corregir mediante el uso de anteojos de lectura.

DALTONISMO El daltonismo es un rasgo genético heredado por el cromosoma X que ocurre con más frecuencia en varones. El resultado es la incapacidad de percibir uno o más colores.

CINETOSIS La cinetosis es causada por una estimulación de los canales semicirculares del oído interno que es producida por movimientos como aquellos experimentados durante un viaje en avión, buque, barco, o cualquier vehículo. Estas acciones causan debilidad, náusea y vómitos. Se han desarrollado ciertos fármacos, como la escopolamina, que pueden administrarse a través de un parche en la piel, generalmente colocado detrás de la oreja. Tiene una duración de hasta tres días para prevenir el mareo. Lo utilizan generalmente individuos que viajan en cruceros y aquellos que son sensibles al movimiento.

CATARATAS Por lo general se desarrollan cataratas en las personas mayores. La lente (cristalino) del ojo se opaca debido a una acumulación de materiales proteicos. El humor acuoso por delante del cristalino le proporciona nutrientes al mismo. Una disminución o pérdida de nutrientes conduce a la degeneración y a las cataratas, también conocida como opacidad del cristalino.

GLAUCOMA El glaucoma es causado por la presencia de demasiado humor acuoso por delante de la lente, lo que lleva a aumento de la presión en el ojo. Su principal síntoma es la reducción del campo de la visión. A menudo se da más en los afroamericanos que en los caucásicos. Las personas mayores deben ser evaluadas anualmente para detectar si han desarrollado glaucoma. El glaucoma provoca la destrucción de la retina o del nervio óptico y conduce a la ceguera.

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RESUMEN LAS PARTES PRINCIPALES DEL ENCÉFALO 1. El encéfalo está dividido en cuatro partes principales: el tronco encefálico que consiste del bulbo raquídeo, el puente de Varolio y el mesencéfalo; el diencéfalo, que consiste del tálamo y el hipotálamo; el cerebro, que consta de dos hemisferios, y el cerebelo. 2. El encéfalo está protegido por los huesos del cráneo, las meninges craneales y el líquido cefalorraquídeo. 3. El líquido cefalorraquídeo actúa como un amortiguador para el sistema nervioso central y hace circular los nutrientes; en el encéfalo, el líquido cefalorraquídeo circula por el espacio subaracnoideo y a través de los cuatro ventrículos.

LA ANATOMÍA Y FUNCIÓN DEL TRONCO ENCEFÁLICO 1. El bulbo raquídeo contiene todos los tractos ascendentes y descendentes que conectan la médula espinal con el cerebro. Algunas de estas vías se cruzan en el bulbo raquídeo, conocido como decusación de las pirámides. Esto explica por qué las funciones motoras en un lado del cerebro controlan los movimientos musculares en el lado opuesto del cuerpo. 2. La formación reticular del bulbo raquídeo controla la conciencia y el despertar. Los tres centros reflejos vitales controlan el diámetro de los vasos sanguíneos, ritmo cardiaco y ritmo respiratorio. 3. El puente de Varolio conecta la médula espinal con el encéfalo y las partes del encéfalo entre sí. También ayuda a controlar la respiración. 4. El encéfalo medio o mesencéfalo contiene el tectum dorsal, un centro reflejo, que controla el movimiento de la cabeza y los ojos en respuesta a la estimulación visual, y el movimiento de la cabeza y del tronco en respuesta a estímulos auditivos.

LA ANATOMÍA Y FUNCIONES DEL DIENCÉFALO 1. El tálamo es una estación de transmisión de los impulsos sensoriales y un centro de interpretación para el reconocimiento del dolor, la temperatura y el tacto. 2. El hipotálamo controla las funciones relacionadas con la homeostasis: controla el sistema nervioso autónomo, que recibe impulsos sensoriales de las vísceras; controla la glándula pituitaria, que es el centro de fenómenos de la mente sobre el cuerpo; controla nuestro centro de la sed, y mantiene nuestra vigilia y los patrones de sueño.

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EL CEREBRO: ESTRUCTURA Y FUNCIONES 1. La superficie del cerebro está compuesta de materia gris y se llama corteza cerebral. Por debajo de la corteza encontramos la sustancia blanca. 2. Una fisura longitudinal separa el cerebro en dos hemisferios. Los pliegues en la superficie de los hemisferios se conocen como circunvoluciones, éstas están intervenidas por surcos. 3. El cuerpo calloso es un puente de fibras nerviosas que conecta los dos hemisferios. 4. La superficie de la corteza tiene áreas motoras que controlan los movimientos musculares, las áreas sensoriales para la interpretación de impulsos sensoriales y las áreas de asociación involucradas en los procesos emocionales e intelectuales. 5. Cada hemisferio se divide en cuatro lóbulos principales. 6. El lóbulo frontal controla los movimientos musculares voluntarios, estados de ánimo, la agresión, la recepción de olor y la motivación. 7. El lóbulo parietal evalúa la información sensorial sobre el tacto, el dolor, el equilibrio, el sabor y la temperatura. 8. El lóbulo temporal evalúa el oído, el olfato y la memoria. Es un centro para el pensamiento abstracto y para la emisión de juicios. 9. En el lóbulo occipital se evalúa la información visual.

EL CEREBELO: ESTRUCTURA Y FUNCIONES 1. El cerebelo consta de dos hemisferios parcialmente separados conectados por una estructura llamada vermis. El cerebelo tiene forma de mariposa. 2. Funciona como un centro de coordinación de movimientos musculares complejos, el mantenimiento de la postura corporal y el equilibrio.

EL SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO 1. El sistema nervioso autónomo es una subdivisión del sistema periférico eferente. 2. Regula los órganos internos controlando las glándulas, el músculo liso y el músculo cardiaco. Mantiene la homeostasis regulando los latidos del corazón, la presión arterial, la respiración y la temperatura corporal. 3. Nos ayuda a controlar las situaciones de emergencia, las emociones, y diversas actividades físicas.

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4. Se compone de dos divisiones: la división simpática y la división parasimpática. 5. La división simpática se encarga del gasto energético y de las situaciones estresantes aumentando los latidos del corazón y la respiración. Sus fibras surgen de las regiones torácica y lumbar de la médula espinal. Utiliza la acetilcolina como neurotransmisor en las sinapsis preganglionares y la norepinefrina o noradrenalina en las sinapsis postganglionares. 7. Las funciones de la división parasimpática se encargan de la restauración del cuerpo a un estado sin estrés. Sus fibras surgen del tronco encefálico y de la región sacra de la médula espinal. Utiliza la acetilcolina como neurotransmisor tanto en las sinapsis preganglionares como en las postganglionares. 8. La división simpática nos prepara para la actividad física: aumenta la presión arterial, la frecuencia cardiaca, la respiración y la sudoración, y libera glucosa desde el hígado para tener energía rápida. También se conoce como el sistema de corre o defiéndete. 9. La división parasimpática contrarresta los efectos de la división simpática: se alenta la frecuencia cardiaca, baja la presión arterial, y disminuye la tasa respiratoria. También controla la digestión, la micción, la defecación, y la constricción de la pupila. Se conoce como el sistema de reposo.

6. El nervio abducens (VI) también controla el movimiento del globo ocular. Es un nervio tanto sensorial como motor. 7. El nervio facial (VII) controla los músculos encargados de la expresión facial. También percibe el sabor. Su función parasimpática controla las glándulas lagrimales y salivales. Es un nervio tanto sensorial como motor. 8. El nervio vestibulococlear (VIII) transmite impulsos relacionados con el equilibrio y la audición. Es un nervio sensorial. 9. El nervio glosofaríngeo (IX) controla la deglución y percibe el sabor. Su función parasimpática controla las glándulas salivales. Es un nervio tanto sensorial como motor. 10. El nervio vago (X) controla los movimientos de los músculos esqueléticos en la faringe, laringe y paladar. Transmite los impulsos sensoriales provenientes de la laringe, las vísceras y el oído. Sus funciones parasimpáticas controlan las vísceras del tórax y el abdomen. Es un nervio tanto sensorial como motor. 11. El nervio accesorio (XI) ayuda a controlar la deglución y el movimiento de la cabeza. Es un nervio tanto sensorial como motor. 12. El nervio hipogloso (XII) controla los músculos responsables de la deglución y el habla. Es un nervio tanto sensorial como motor.

LOS SENTIDOS ESPECIALES LOS DOCE NERVIOS CRANEALES Y SUS FUNCIONES 1. El nervio olfatorio (I) transmite impulsos relacionados con el olfato; es un nervio sensorial. 2. El nervio óptico (II) transmite impulsos relacionados con la vista; es un nervio sensorial. 3. El nervio oculomotor (III) controla los movimientos de los globos oculares y el párpado superior. Su función parasimpática controla la constricción de la pupila. Es un nervio tanto sensorial como motor. 4. El nervio troclear (IV) controla los movimientos de los globos oculares. 5. El nervio trigeminal (V) controla los movimientos de masticación y el sentido del tacto, la temperatura y el dolor proveniente de los dientes y del área facial. Es un nervio tanto sensorial como motor.

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1. El sentido del olfato y del gusto se producen cuando las moléculas del aire se disuelven en la mucosa epitelial de los cornetes nasales superiores de la nariz. 2. Las neuronas sensoriales bipolares transfieren estos impulsos químicos a los bulbos olfatorios que se conectan con las neuronas de asociación de la corteza olfativa en los lóbulos temporal y frontal del cerebro. 3. Un pequeño número de receptores en la nariz detectan una gran variedad de olores a través de la interpretación cerebral de combinaciones de receptores. El sentido del gusto 1. Las papilas gustativas se encuentran en ciertas papilas de la lengua, en el paladar, y en algunas partes de la faringe. 2. Las papilas gustativas son de dos tipos de células: las células epiteliales que forman la cápsula exterior y las células gustativas que se forman en el interior de las papilas gustativas.

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3. La sustancia química responsable del sabor se disuelve primero en el líquido de la saliva. Estos impulsos sensoriales son generados por los nervios faciales, glosofaríngeos y vagos hacia la corteza del sabor ubicada en el lóbulo parietal del cerebro para su interpretación. 4. Hay cuatro sabores principales: amargo, detectado en la parte posterior de la lengua; dulce y salado, que se detecta en la punta de la lengua, y ácido, que se percibe con más intensidad en las papilas gustativas localizadas en las partes laterales de la lengua. 5. Las sensaciones gustativas están también influidas por las sensaciones olfativas. El sentido de la vista 1. Los ojos son los órganos de la vista. Los párpados y las pestañas protegen los ojos de objetos extraños. Las lágrimas, producidas por las glándulas lagrimales, lubrican los ojos. 2. Las lágrimas contienen la enzima lisozima bacteriolítica. La anatomía del ojo 1. La pared del ojo se compone de tres capas: la esclerótica, la coroides y la retina. 2. La esclerótica es la capa más externa del ojo, es blanca y dura, compuesta de tejido conjuntivo y colágeno. 3. La córnea es la parte transparente de la esclerótica que permite la entrada de luz al ojo. 4. La coroides es la segunda capa y contiene vasos sanguíneos y células pigmentarias. Es de color negro y absorbe la luz para evitar la reflexión que podría deteriorar la visión. 5. La retina es la capa más interna del ojo. Contiene las células sensibles a la luz llamadas bastones y conos. 6. El cuerpo ciliar mantiene el lente biconvexo, flexible y transparente, en su lugar. 7. El iris es la parte que da color al ojo y rodea la pupila. Regula la cantidad de luz que puede entrar en ésta.

poca luz; los conos producen sensaciones de color y requieren una gran cantidad de luz. 10. Los bastones y los conos hacen sinapsis con las células bipolares sensoriales de la retina. Éstas con el nervio óptico, que llega al tálamo para hacer sinapsis con la corteza visual del lóbulo occipital del cerebro para su interpretación. El sentido de la audición y el equilibrio 1. El oído externo, medio e interno contienen los órganos del equilibrio y de la audición. 2. La porción visible flexible y externa del oído se conoce como aurícula. Dirige las ondas de sonido al canal auditivo llamado el canal o conducto auditivo externo. 3. El canal auditivo está revestido de vellos y glándulas ceruminosas que producen cera para proteger al delicado tímpano o membrana timpánica, de objetos extraños. 4. El oído medio contiene los huesecillos del oído: el martillo, el yunque y el estribo. Estos huesos transmiten las vibraciones sonoras desde la membrana timpánica, que vibra a causa de éstas, a la ventana oval. 5. Hay dos aberturas en la parte media del oído medio: la ventana oval y la ventana redonda, que conectan el oído medio hasta el interno. 6. El oído medio también contiene la trompa de Eustaquio, que se conecta con la faringe y permite que la presión del aire se iguale entre el mundo exterior y el oído medio, por lo tanto no afecta la audición. 7. El oído interno consiste en la interconexión de cámaras llenas de líquido y túneles en el hueso temporal. Contiene la cóclea que participa en la audición, los canales semicirculares y el vestíbulo que participan en el equilibrio.

PREGUNTAS DE REPASO 1. Nombra las cuatro partes principales del encéfalo y sus subdivisiones. 2. Nombra las funciones complejas del hipotálamo. 3. Nombra los 12 nervios craneales; incluye su número romano y su función. * 4. Explica cómo el hipotálamo y el sistema nervioso autónomo nos permiten pelear o huir cuando nos encontramos en una situación de estrés o de peligro.

8. El interior del ojo se divide en dos compartimentos llenos de líquido. El anterior está lleno de humor acuoso, y el compartimento posterior está lleno de humor vítreo. Estos líquidos ayudan a mantener la presión ocular, a desviar la luz, y mantener la retina y el cristalino en su lugar. 9. Hay más bastones que conos en la retina. Estas células sensibles a la luz tienen dos funciones. Los bastones son muy sensibles a la luz y funcionan con

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Pregunta de pensamiento crítico

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COMPLETA LOS ESPACIOS EN BLANCO

RELACIONA AMBAS COLUMNAS

Completa los espacios en blanco con el concepto más adecuado. 1. El encéfalo está protegido por los huesos ____________________, el ____________________, y el líquido ____________________. 2. El líquido cefalorraquídeo actúa como un ____________________ y hace circular los ____________________. 3. El líquido cefalorraquídeo circula en el espacio ____________________ y en los cuatro ____________________ del encéfalo. 4. El entrecruzamiento de los tractos del bulbo raquídeo se conoce como ____________________. 5. El ____________________ del mesencéfalo es un centro de reflejos que controla el movimiento de la cabeza y los globos oculares, también de la cabeza y tronco en respuesta a estímulos visuales y auditivos. 6. Los pliegues en la superficie del cerebro se conocen como ____________________ y las hendiduras que intervienen se conocen como __________________. 7. Los dos hemisferios del cerebro están conectados por un puente de fibras nerviosas llamadas ____________________. 8. Los cuatro lóbulos principales de cada hemisferio cerebral son: ____________________, ____________________, ____________________, y el ____________________. 9. El cerebelo funciona coordinando los movimientos ____________________ y manteniendo al cuerpo ____________________. 10. Las dos subdivisiones del sistema nervioso autónomo son, el sistema ____________________, que estimula e involucra el gasto de energía, y el sistema ____________________, que en su mayoría restaura las funciones a la normalidad.

Coloca el número más apropiado sobre el espacio en blanco. _____ Corteza olfatoria 1. Esclerótica transparente _____ Corteza del gusto 2. Regula la cantidad de luz _____ Lágrimas que entra al ojo _____ Córnea 3. Conos y bastones _____ Coroides 4. Compartimento posterior _____ Retina del ojo _____ Iris 5. Mantiene al lente en su lugar _____ Cuerpo ciliar 6. Porción visible del oído _____ Pupila externo _____ Humor acuoso 7. Lóbulos temporales y _____ Humor vítreo olfatorios _____ Aurícula 8. Audición _____ Glándulas 9. Equilibrio ceruminosas 10. Cera _____ Cóclea 11. Lóbulo parietal _____ Canal 12. Compartimento anterior _____ semicircular del ojo 13. Parte coloreada del ojo 14. Vasos sanguíneos y células pigmentadas 15. Glándula lagrimal 16. Capa más externa del ojo 17. Punto ciego

Investiga y explora ● Busca en internet la historia de una

persona famosa que haya sido diagnosticada con alguna de las enfermedades mencionadas en este capítulo, por ejemplo Ronald Reagan, ex presidente de Estados Unidos, que sufrió de la enfermedad de Alzheimer. ● Visita el sitio web de Anatomía

Humana en http://www.innerbody. com y explora el sistema nervioso.

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CAPÍTULO 11 El sistema nervioso: Cerebro, nervios craneales, sistema nervioso autónomo y los sentidos…

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Conexión con StudyWARE ™ Realiza un examen o practica uno de los juegos interactivos que refuerce el contenido de este capítulo en tu CD-ROM de StudyWARE™.

E JERCICIO DE LA B OR ATORIO:

EL SISTEMA NERVIOSO

Materiales necesarios: Un modelo de encéfalo humano, el ojo de una oveja o de vaca para disección, un modelo del oído externo e interno, una charola y estuche de disección. 1. Obtén un modelo del cerebro humano conservado en sección frontal y transversal. Puedes conseguirlos en una empresa proveedora de material biológico y estará a cargo de tu instructor. Identifica las diversas partes del encéfalo, refiriéndote a la Figura 11-1 en el texto. De igual manera, identifica los cuatro ventrículos del encéfalo. 2. Obtén un ojo de oveja o vaca. Haz un corte transversal del ojo con tu bisturí. Consulta la figura 11-10 del texto. Identifica las tres capas del ojo: la dura y blanca esclerótica externa, la coroides negra en el centro, y la retina interior. Localiza la lente biconvexa.

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En la parte anterior al cristalino encontramos el humor acuoso y en la posterior, el humor vítreo. Observa el delicado iris oscuro que rodea la abertura del lente, la pupila. Si analizas con detenimiento la mitad posterior del ojo, observarás un material brillante azul verdoso. Éste es el tapete. El ojo humano no cuenta con dicho tapete, pero en las ovejas o vacas esta área refleja la luz, y es la causa de que los ojos de estos animales brillen en la oscuridad cuando se incide luz sobre ellos. 3. Obtén un modelo anatómico del oído provisto por tu instructor. Identifica el conducto o canal auditivo externo y el pabellón auricular del oído externo, el oído medio, y las estructuras del oído interno. Consulta la figura 11-12 del texto.

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El sistema endocrino OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Enlistar las funciones de las hormonas. 2. Clasificar las hormonas en sus principales categorías químicas. 3. Describir el control que ejerce el hipotálamo cerebral sobre el sistema endocrino. 4. Nombrar las glándulas endocrinas y ubicarlas. 5. Enlistar las hormonas principales y sus efectos sobre el cuerpo. 6. Discutir algunas de las principales enfermedades del sistema endocrino y sus causas.

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C O N C E P T O S C L AV E Acidosis Adrenalina/epinefrina Aldosterona Aldosteronismo Andrógenos Bocio Calcitonina Células alfa Células beta Células oxifílicas Células principales Circuito de retroalimentación negativa Corteza adrenal Cortisol/hidrocortisona Cortisona Cretinismo Diabetes insipidus Diabetes mellitus Enfermedad de Addison Enfermedad de Grave Estrés Estrógeno Exoftalmia Glándula pineal/ cuerpo Glándula pituitaria/hipófisis Glándula tiroides Glándulas adrenales/glándulas suprarrenales

Glándulas endocrinas Glándulas paratiroideas Glicosuria Glucagón Hiperglicemia Hiperparatiroidismo Hipertiroidismo Hipófisis Hipoparatiroidismo Hipotálamo Hipotiroidismo Homeostasis Hormona adrenocorticotrópica (ACTH) Hormona antidiurética (ADH)/ vasopresina Hormona del crecimiento (GH) Hormona estimuladora de la tiroides (TSH) Hormona estimuladora de melanocitos (MSH) Hormona folículo estimulante (FSH) Hormona lactogénica (LTH)/prolactina Hormona luteinizante (LH) Hormona paratiroidea/ parathormona (PTH) Hormonas Hormonas liberadoras Infundíbulo

Insulina Islotes pancreáticos/isletas de Langerhans Liberación de hormonas inhibitorias Médula adrenal Melatonina Mixedema Noradrenalina/norepinefrina Ovarios Oxitocina (OT) Polidipsia Polifagia Poliuria Progesterona Serotonina Síndrome adrenogenital Síndrome de Cushing Testículos Testosterona Timo Timosina Tiroxina o tetrayodotironina (T4) Trastorno emotivo estacional Triyodotironina (T3)

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

INTRODUCCIÓN El sistema endocrino ejerce el control químico sobre el cuerpo humano al mantener el ambiente interno de éste dentro del límite de ciertos rangos. Observa los Mapas Conceptuales 12-1 y 12-2: Sistema endocrino. Esto se conoce como homeostasis. La manutención de la homeostasis, que involucra el crecimiento, maduración, reproducción, metabolismo y conducta humana, es una actividad que comparten el sistema endocrino y el sistema nervioso, formando una asociación única. El

hipotálamo del cerebro (parte del sistema nervioso) es el encargado de mandar instrucciones, mediante señales químicas (neurotransmisores) a la glándula pituitaria (parte del sistema endocrino). Ocasionalmente, a la pituitaria se le conoce como glándula maestra, pues muchas de sus hormonas (señales químicas) estimulan a las otras glándulas endocrinas para que secreten sus hormonas. Las glándulas endocrinas son glándulas sin ductos que secretan sus hormonas directamente al torrente sanguíneo. El sistema circulatorio sanguíneo transporta estas señales químicas hasta los órganos blanco, donde sus

Sistema endocrino

tiene una

Estructura específica

desarrolla

realiza

Funciones específicas

que incluye

Hipotálamo y pituitaria

Tiroides y paratiroides

Adrenales

Glándula pineal

Páncreas

Otros órganos

Observa Mapa conceptual 12-2.

contienen Células secretorias

producen y liberan Hormonas

hacia Sangre

para transportarlas a

Células blanco

MAPA CONCEPTUAL 12-1. El sistema endocrino.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

efectos se pueden observar como respuestas específicas. Estas señales químicas u hormonas ayudan a regular el metabolismo, la concentración de agua y electrolitos en las células, el crecimiento, el desarrollo y los ciclos reproductivos. Las glándulas endocrinas no tienen ductos, lo opuesto a las glándulas exocrinas, que presentan ductos mediante los cuales sus secreciones son transportadas, de manera directa hacia un órgano o superficie corporal, como es el caso de las glándulas sudoríparas hacia la superficie del cuerpo, y las glándulas salivales hacia la boca.

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Este control químico del cuerpo funciona principalmente como un circuito de retroalimentación negativa. En nuestros hogares, nuestros sistemas de calefacción y termostatos operan como un circuito de retroalimentación negativa. Nosotros fijamos nuestro termostato a una temperatura particular, y cuando la temperatura de nuestra casa cae por debajo de la misma, el termostato hace que se encienda el calentador. Una vez que la temperatura al interior alcanza la fijada, el termostato envía otra señal para apagar el calentador. Los sistemas hormonales funcionan de la misma manera. Cuando la concentración de una hormona particular alcanza cierto nivel en el cuerpo, las glándulas endocrinas que secretan dicha hormona son inhibidas (por retroalimentación negativa) y la secreción de esa hormona cesa o disminuye significativamente. Más tarde, cuando la concentración de esa hormona cae por debajo de los niveles normales, la inhibición de la glándula cesa, y ésta comienza a producir y secretar de nuevo la hormona. Este tipo de circuito de retroalimentación negativa ayuda a controlar las concentraciones de varias hormonas en nuestro cuerpo.

LAS FUNCIONES DE LAS HORMONAS Las hormonas controlan el ambiente interno del cuerpo, desde el nivel celular al nivel de órganos. Éstas controlan la respiración, crecimiento y reproducción celular. Controlan los fluidos en el cuerpo, como la cantidad de agua y el balance de electrolitos. Se encargan de controlar la secreción de otras hormonas y nuestros patrones conductuales. Desarrollan una función vital en los ciclos reproductivos femeninos y masculinos y regular además nuestros ciclos de crecimiento y desarrollo.

Sistema endocrino

tiene una

Estructura específica

desarrolla

Funciones específicas

realiza

que involucran Ver Mapa conceptual 12-1.

Comunicación celular ayuda en

Homeostasis

Digestión y metabolismo

Reproducción y desarrollo

que se logran al regular las actividades de

Células blanco

MAPA CONCEPTUAL 12-2. El sistema endocrino.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

Hipotálamo Cerebro Cráneo

Lóbulo anterior de la pituitaria Lóbulo posterior de la pituitaria

Hormonas liberadoras Hormonas liberadoras

Vena portal

Hormonas

Lóbulo posterior Capilares

Hormonas

Prolactina

Hormonas gonadotrópicas

Hormona estimuladora de la tiroides

ACTH

Hormona del crecimiento

Producción de leche

Gónadas

Glándula tiroidea

Corteza adrenal

Crecimiento

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Lóbulo anterior

FIGURA 12-1. La relación del hipotálamo del cerebro con el lóbulo anterior de la glándula pituitaria.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

LA CLASIFICACIÓN DE LAS HORMONAS Las hormonas se pueden clasificar en tres categorías químicas generales. El grupo más simple incluye las hormonas que son aminoácidos modificados. Los ejemplos son las hormonas secretadas por la médula adrenal: epinefrina y norepinefrina, y las hormonas secretadas por la glándula pituitaria posterior: oxitocina y vasopresina. La segunda categoría son las proteínas hormonales: la insulina de las isletas pancreáticas, y las hormonas que estimulan las gónadas y la hormona del crecimiento de la glándula pituitaria anterior. La tercera categoría de hormonas son las esteroideas, que son lípidos. Los ejemplos son el cortisol de la corteza adrenal y el estrógeno y la testosterona producidas por las gónadas. Las hormonas de aminoácidos modificados y las proteicas se unen a receptores asociados a membranas que se encuentran en las células de los órganos blanco. Las hormonas esteroideas se difunden a través de la membrana celular y se unen a receptores intracelulares (al interior de la célula). Las hormonas esteroideas son solubles en lípidos y se pueden difundir a través del recubrimiento del estómago y los intestinos, y llegar al sistema circulatorio. Se pueden tomar de manera oral para tratar enfermedades. Las píldoras anticonceptivas compuestas de estrógeno y progesterona sintética, así como los esteroides para combatir inflamaciones, se pueden tomar de manera oral. Sin embargo, las hormonas proteicas y los aminoácidos modificados, como la insulina, se deben inyectar, porque no se pueden difundir a través del recubrimiento intestinal, ya que no son solubles en lípidos. Éstas se degradan antes de ser transportadas a través del recubrimiento del tracto digestivo, y por ende, su efecto se destruye. Es por esta razón, que para tratar la diabetes mellitus, la insulina debe inyectarse. Otra forma de diabetes, es la diabetes insipidus, que es causada por una deficiencia en la hormona antidiurética (ADH).

EL HIPOTÁLAMO DEL CEREBRO El hipotálamo del cerebro es la parte inferior del diencéfalo. Tiene un papel único en el sistema endocrino porque realiza la función principal de participar en el control de las secreciones de la glándula pituitaria. Presenta un tallo con forma de embudo, llamado infundíbulo, que se extiende desde la base del hipotálamo y se conecta con la glándula pituitaria. Históricamente, la glándula pituitaria se conoce como la glándula maestra del sistema endocrino, porque controla las secreciones de muchas glándulas endocrinas. Sin embargo, en la actualidad, es el hipotálamo del cerebro el que envía señales nerviosas y químicas a la glándula pituitaria; por lo que, el hipo-

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tálamo controla a la glándula pituitaria. Esta relación puede parecerse a la conducción de una orquesta. El director, como la glándula pituitaria, le dice a las distintas secciones de la orquesta (las otras glándulas endocrinas) cuándo y cómo tocar los instrumentos musicales. Sin embargo, el director obtiene información a partir de las partituras (el papel del hipotálamo). Las células nerviosas del hipotálamo producen señales químicas llamadas hormonas liberadoras y hormonas inhibitorias. Estas hormonas, que en realidad son neurosecreciones, estimulan o inhiben la liberación de una hormona particular de la glándula pituitaria (Figuras 12-1 y 12-2). Estas hormonas liberadoras entran a una cama capilar en el hipotálamo y son transportadas a través de la vena portal en el infundíbulo, hacia una segunda cama capilar en la glándula pituitaria anterior. Después de dejar los capilares, se unen a receptores que controlan la regulación de la secreción hormonal en la glándula pituitaria. Es entre el hipotálamo del cerebro y la glándula pituitaria que se mantiene y controla la interacción y relación entre los sistemas nervioso y endocrino. A la inversa, gracias al circuito de retroalimentación negativa, las hormonas del sistema endocrino pueden influenciar las funciones del hipotálamo.

LAS GLÁNDULAS ENDOCRINAS PRINCIPALES Y SUS HORMONAS Las glándulas endocrinas incluyen la glándula pituitaria, la glándula pineal, la glándula tiroidea, las glándulas paratiroideas, el timo, las glándulas adrenales, los islotes de Langerhans del páncreas, los ovarios en las mujeres, y los testículos en el hombre (Figura 12-3).

La glándula pituitaria anterior, sus hormonas y algunos trastornos La glándula pituitaria también se conoce como hipófisis. Es una glándula pequeña, del tamaño de un guisante, y algunas de sus hormonas afectan las funciones de muchas glándulas endocrinas, como los testículos, ovarios, la corteza adrenal y la tiroides. Se encuentra en una depresión del hueso esfenoidal debajo del hipotálamo del cerebro. Se divide en dos lóbulos, un lóbulo pituitario anterior, de mayor tamaño; y un lóbulo de menor tamaño, el lóbulo que conforma la pituitaria posterior. El lóbulo de la pituitaria anterior produce siete hormonas (Figura 12-1). La hormona del crecimiento (GH) estimula el metabolismo celular en la mayor parte de los tejidos del cuerpo, causando que las células se dividan e incrementen su tamaño. Aumenta la síntesis proteica y la descomposición de grasas y carbohidra-

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

Cerebro Cráneo Hipotálamo

Lóbulo anterior de la pituitaria Lóbulo posterior

Tallo pituitario (infundíbulo) Axones Lóbulo posterior Capilar Gránulos que contienen hormonas

Lóbulo anterior Hormonas

Incrementa la permeabilidad del agua en los túbulos renales por lo que aumenta la reabsorción del agua

Oxitocina

Estimula la liberación de leche en las glándulas mamarias; estimula las contracciones uterinas

© Delmar/Cengage Learning

Hormona antidiurética (ADH)

FIGURA 12-2. La relación del hipotálamo del cerebro con el lóbulo posterior de la glándula pituitaria.

tos. Estimula el crecimiento de huesos y músculos. Si una persona joven produce escasa hormona del crecimiento, como resultado de un desarrollo anormal de la glándula pituitaria, se produce una condición denominada enanismo pituitario. La persona tiene poca estatura, aunque sus proporciones corporales son normales. El enano pituitario más famoso fue Charles Stratton, conocido como Tom Thumb, que fue empleado por P. T. Barnum en su circo. Murió en 1888, a los 45 años de edad, su estatura era menor a un metro. En cambio, un

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exceso de GH durante la niñez, resulta en gigantismo. El exceso en la secreción de dicha hormona después de la niñez, cuando los huesos han dejado de crecer, resulta en acromegalia. Los huesos, especialmente los de cara, manos y pies, se hacen más amplios. Sin embargo, en la mayoría de los niños, la pituitaria anterior produce la cantidad justa de GH, dando como resultado, tasas de crecimiento normales. Las revisiones médicas ayudan a monitorear la tasa de desarrollo y crecimiento, hoy en día es raro ver un enano pituitario o un gigante.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

Pineal

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Pituitaria

Tiroides Timo

Glándulas paratiroideas Vista posterior

Páncreas (islotes de Langerhans)

Corteza Médula

Testículos

Ovario

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Adrenal

FIGURA 12-3. Las glándulas endocrinas y su ubicación en el cuerpo.

La secreción de GH está controlado por dos hormonas liberadoras del hipotálamo: una estimula la secreción y la otra, la inhibe. Las secreciones máximas de GH ocurren durante periodos de sueño, ejercicio y ayuno. El crecimiento también está influenciado por la nutrición, la genética y las hormonas sexuales durante la pubertad. La hormona estimuladora de la tiroides (TSH) estimula la glándula tiroides para que produzca su hormona. La tasa de secreción de TSH se encuentra regulada por el hipotálamo, que produce la hormona liberadora de tirotropina (TRH), que a su vez estimula el lóbulo anterior de la pituitaria para que secrete TSH. La hormona adrenocorticotrópica (ACTH) estimula la corteza adrenal para secretar su hormona, llamada cortisol. La secreción de ACTH está regulada por la hormona liberadora de corticotropina (CRH) producida por el hipotálamo. La ACTH se encuentra involucrada con el efecto de ahorro de la glucosa, y ayuda a reducir la inflamación, así como también estimula la corteza adrenal.

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La hormona estimuladora de melanocitos (MSH) incrementa la producción de melanina en los melanocitos de la piel, causando un aumento en la pigmentación y oscureciendo el color de la piel. La hormona folículo estimulante (FSH) estimula el desarrollo de los folículos en los ovarios de las mujeres. En los hombres estimula la producción de células espermáticas en los túbulos seminíferos de los testículos. La hormona luteinizante (LH) estimula la ovulación en el ovario femenino, y la producción de la hormona sexual femenina, el estrógeno. Ayuda a mantener el embarazo. En los hombres, estimula la síntesis de testosterona en los testículos, para mantener la producción espermática. La hormona lactogénica (LTH), también conocida como prolactina, estimula la producción de leche en las glándulas mamarias después del parto. También mantiene los niveles de progesterona después de la ovulación y durante el embarazo. En los hombres parece incrementar la sensibilidad a LH y puede causar una disminución en las hormonas sexuales masculinas.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

ALERTA SANITARIA

ESTEROIDES Y ATLETAS

Durante 1950, las compañías farmacéuticas desarrollaron esteroides anabólicos, que son variantes de la hormona sexual masculina testosterona. La testosterona es responsable del aumento en el volumen de la masa muscular, y durante la pubertad induce el desarrollo óseo, el tono grave de la voz, y el crecimiento de vello facial y en el pecho de los hombres. Los esteroides anabólicos se desarrollaron para tratar a pacientes inmóviles después de las cirugías o con enfermedades musculares degenerativas y, en general, para prevenir la atrofia muscular de este tipo de individuos. Los fisicoculturistas y atletas pensaron que ingerir grandes dosis de estos esteroides les ayudarían a construir grandes masas musculares y a incrementar sus capacidades atléticas. Comenzaron a usar los esteroides anabólicos a mediados de los años sesenta. Aunque el uso de estos esteroides ha sido prohibido en la mayoría de las competencias, algunos atletas siguen usándolos. De hecho, no sólo atletas, sino también algunos hombres y mujeres que quieren añadir masa muscular e incrementar su capacidad de competencia en los deportes también usan estos fármacos. Se pueden adquirir legalmente por prescripción, o ilegalmente en el mercado negro de las drogas. Algunas estrellas deportivas han admitido su uso. Las ventajas de los esteroides anabólicos, de acuerdo a los atletas que los han usado, son: un incremento en el volumen de la masa muscular, un mayor número de eritrocitos, que resulta en una mayor capacidad en el transporte de oxígeno a las células musculares, y en un aumento en la agresividad. Esto da como resultado alcanzar un mejor desempeño atlético y estéticamente tener un “buen cuerpo”. Sin embargo, existen peligros asociados con el uso de esteroides anabólicos. Algunos de los efectos secundarios son testículos de menor tamaño e infertilidad, cambios en los niveles de colesterol en sangre, que podrían originar enfermedades cardiacas, daño al hígado que podría causar cáncer de hígado, caras abultadas (conocido como señal cushingoide), y problemas mentales. Los efectos psicológicos van desde la depresión, alucinaciones y personalidad maniaca que se puede tornar violenta. Sin embargo, algunos atletas continúan usando estas drogas a pesar de los peligros asociados a ella. El deseo de ser un ganador en nuestra sociedad parece nublar el sentido común en las decisiones.

La glándula pituitaria posterior y sus hormonas El lóbulo posterior de la pituitaria consiste principalmente en fibras nerviosas y células de la neuroglia que dan soporte a las fibras nerviosas, mientras que el lóbulo anterior se compone de células epiteliales. Neuronas especiales del hipotálamo producen las hormonas del lóbulo posterior de la pituitaria. Estas hormonas pasan a través de los axones y del tallo pituitario, para llegar al lóbulo posterior. Los gránulos secretorios, cercanos a las terminaciones axónicas, son los encargados de almacenar las hormonas (Figura 12-2). La hormona antidiurética (ADH), también conocida como vasopresina, mantiene el balance de líquidos en el cuerpo, al promover una mayor reabsorción de agua en los túbulos de las nefronas renales, lo que resulta en una menor concentración de agua en la orina. Si se secreta en grandes cantidades, la ADH puede ocasionar la constricción de los vasos sanguíneos, de allí toma su segundo nombre, vasopresina. Una deficiencia de ADH puede resultar en diabetes insipidus. Los individuos con

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esta condición producen de 20 a 30 litros de orina diario. Se pueden deshidratar gravemente. Pierden electrolitos esenciales, lo que resulta en funciones cardiacas y nerviosas alteradas. Esta condición se puede tratar tomando inyecciones de ADH o en la forma de un atomizador nasal. El hipotálamo regula la secreción de ADH a través de osmorreceptores que detectan cambios en la presión osmótica de los fluidos corporales. La deshidratación, causada por una ingesta de agua insuficiente, incrementa la concentración de solutos en la sangre, y estos osmorreceptores mandan señales al lóbulo posterior para que libere ADH. Esto hace que los riñones conserven agua. A la inversa, una toma exagerada de agua, diluye los solutos en sangre, inhibiendo la secreción de ADH, para que los riñones excreten una orina más diluida (con más agua) hasta que la concentración de solutos en los fluidos corporales regrese a la normalidad. Al contrario, un diurético, incrementa la secreción de orina. La oxitocina (OT) estimula la contracción de los músculos lisos en la pared del útero. El estiramiento de los tejidos uterinos y vaginales al final del embarazo, estimula la producción de OT, para que las contracciones

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

uterinas se desarrollen en las últimas etapas del parto. La OT también origina la contracción de las células en las glándulas mamarias, causando la eyección de la leche o lactancia, que provoca que la leche pase por los ductos glandulares y llegue al pezón, cuando se amamanta a un recién nacido. En algunas ocasiones se pueden administrar preparaciones comerciales de OT para inducir el parto, si es que el útero no se contrae lo suficiente durante el parto. También se les da a las mujeres después del parto para constreñir los vasos sanguíneos del útero y minimizar el riesgo de una hemorragia.

La tiroides, sus hormonas y algunos trastornos La glándula tiroides consiste en dos lóbulos conectados por una pequeña banda llamada istmo (Figura 12-4). Los lóbulos se sitúan sobre los lados derecho e izquierdo de la tráquea y el cartílago tiroideo justo debajo de la laringe. Es una glándula endocrina de gran tamaño y altamente vascularizada, cubierta por una capa de tejido conectivo. Se compone de esferas de células llamadas folículos. Estos folículos se componen de epitelio cúbico simple, que produce y secreta las hormonas tiroideas. La producción de la tiroides está regulada por el hipotálamo, que induce a la pituitaria para que libere TSH e incremente la producción de la tiroides. La glándula tiroides requiere de yodo para funcionar de forma apropiada. En Estados Unidos se usa la sal yodada para asegurar una ingesta adecuada de yodo en la dieta. En los países que no tienen una cantidad adecuada de éste en su dieta, la glándula tiroides se alarga, formando un bocio. Sin embargo, cantidades adecuadas

Hueso hioideo

Cartílago tiroideo de la laringe

Glándula tiroides

Lóbulo izquierdo Lóbulo derecho

Tráquea

FIGURA 12-4. La glándula tiroides consiste de un lóbulo derecho y uno izquierdo unidos mediante un istmo.

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Istmo

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de yoduro originan que la glándula tiroides produzca de manera efectiva sus hormonas. Una es la tiroxina, también conocida como tetrayodotironina, que contiene cuatro átomos de yodo y su abreviación es T4. La otra hormona es la triyodotironina, que contiene tres átomos de yodo y su abreviación es T3. Estas hormonas regulan el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas. Son necesarias para un crecimiento y desarrollo normal, así como para la maduración del sistema nervioso. Causan un incremento en la tasa de descomposición de carbohidratos y lípidos, para crear moléculas energéticas, así como un aumento en la tasa de síntesis proteica. La falta, o la producción de bajos niveles de las hormonas tiroideas, producen hipotiroidismo. En los niños pequeños, puede resultar en una condición denominada cretinismo. Los niños con esta condición presentan un retraso mental y no alcanzan una estatura normal. En los adultos, esta condición resulta en una tasa metabólica disminuida, que origina cansancio al punto que realizar actividades normales se vuelve un problema, también provoca la acumulación de líquido en el tejido subcutáneo, condición denominada mixedema. Un exceso en la secreción de hormonas tiroideas causa el hipertiroidismo. Éste resulta en un nerviosismo extremo, fatiga y una tasa metabólica elevada. La enfermedad de Grave es un tipo de hipertiroidismo causado por un exceso en la producción de hormonas tiroideas. Generalmente se encuentra asociada a un alargamiento de la glándula tiroides o a un bocio, y provoca un aumento en el volumen de los glóbulos oculares (“ojos saltones”), condición conocida como exoftalmia. Además de secretar estas dos hormonas tiroideas, las células extrafoliculares de la tiroides secretan una hormona llamada calcitonina. Esta hormona disminuye la concentración de los iones de calcio y fosfato en sangre inhibiendo la liberación de dichos iones a partir de sus reservorios en los huesos, y al incrementar la excreción de estos iones a los riñones. La secreción de la tiroides se encuentra bajo el control de la TSH producida por la glándula pituitaria anterior. El incremento en los niveles de hormonas tiroideas, por retroalimentación negativa, inhibe a la glándula pituitaria anterior, para que deje de liberar TSH y al hipotálamo, para que deje de secretar la hormona liberadora de TSH. Debido al mecanismo de retroalimentación negativa, la concentración de las hormonas tiroideas en la sangre fluctúa diariamente en un rango dentro de cierto límite.

Las glándulas paratiroideas, sus hormonas y algunos trastornos Las glándulas paratiroideas son cuatro glándulas del tamaño de unas pasas, se encuentran embebidas en la superficie posterior de la glándula tiroides (Figura 12-5). Existen dos en cada lóbulo de la tiroides, una glándula superior y una inferior. Cada glándula consiste de muchas células secretorias empacadas cercanas a las redes capi-

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

Músculos de la faringe

Glándula tiroides

Células oxífilas

Tráquea

Células principales

Esófago (A)

(B)

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Glándulas paratiroideas

FIGURA 12-5. Las glándulas paratiroideas. (A) posición y (B) sus componentes celulares.

lares, estas células se denominan células principales paratiroideas y células oxífilas. Las glándulas paratiroideas secretan una sola hormona, llamada hormona paratiroidea o parathormona (PTH). La PTH inhibe la actividad de los osteoblastos y causa que los osteoclastos degraden el hueso y la matriz tisular, para liberar iones de calcio y fosfato en la sangre. Además, la PTH ocasiona que los riñones mantengan los niveles de calcio en la sangre y estimulan a las células intestinales para que absorban calcio a partir de los alimentos digeridos en el intestino. Esta hormona eleva los niveles de calcio para que retomen su nivel de concentración normal. La vitamina D también incrementa la absorción de calcio en los intestinos. La luz ultravioleta del sol que actúa sobre la piel es necesaria para el primer paso en la síntesis de la vitamina D. El paso final de la síntesis ocurre en los riñones y es estimulado por la PTH. La vitamina D también puede ser administrada en la dieta. Un nivel anormalmente alto en la secreción de PTH se conoce como hiperparatiroidismo y puede ser originado por un tumor en la glándula paratiroidea. Esto induce la degradación de la matriz ósea, y por lo tanto, los huesos se vuelven suaves y se deforman, lo que puede causar fracturas con facilidad. Los niveles elevados de calcio causan que los músculos y nervios se vuelvan menos excitables, lo que resulta en debilidad y fatiga. El exceso de iones de calcio y fosfato se puede depositar en lugares anormales,

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originando cálculos renales. Un nivel anormalmente bajo de PTH se denomina hipoparatiroidismo. Esto puede originarse por la extirpación quirúrgica de la tiroides y las glándulas paratiroideas o por lesiones en las glándulas. El bajo nivel de PTH reduce la actividad de los osteoclastos, disminuye las tasas de degradación de la matriz ósea o de reabsorción, y reduce la formación de vitamina D. Los huesos permanecerán fuertes, pero la disminución de los niveles de calcio en sangre producen músculos y nervios anormalmente excitables, originando la producción de potenciales de acción espontáneos. Ello puede ocasionar calambres musculares frecuentes, o contracciones. Si los músculos respiratorios son afectados puede ocurrir una falla respiratoria y ocasionar la muerte.

Las glándulas adrenales, sus hormonas y algunos trastornos Las glándulas adrenales también se conocen como glándulas suprarrenales (Figura 12-6). Son glándulas pequeñas que se encuentran en la parte superior de cada riñón. La parte interior de cada glándula se conoce como médula adrenal y la parte exterior es la corteza adrenal. Cada sección funciona como una glándula endocrina separada. La médula adrenal produce grandes cantidades de la hormona adrenalina, también conocida como epinefrina,

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

Glándula adrenal Riñón

Corteza

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Médula

FIGURA 12-6. Las glándulas adrenales o suprarrenales, ubicadas en la parte superior de cada riñón, consisten de una médula adrenal interna y una corteza adrenal externa.

y pequeñas cantidades de norepinefrina o noradrenalina. Estas hormonas son liberadas en respuesta a señales de la división simpática del sistema nervioso autónomo. La epinefrina y la norepinefrina son conocidas como las hormonas de la respuesta huye o defiéndete, porque preparan al cuerpo para situaciones de amenaza que requieren de una actividad física vigorosa. Cuando una persona siente el peligro y experimenta estrés, el hipotálamo del cerebro envía señales a la glándula adrenal mediante la división simpática del sistema nervioso autónomo para que secrete sus hormonas. Estas hormonas originan la descomposición del glucógeno en el hígado para producir glucosa, y la liberación de ácidos grasos en las células adiposas. La glucosa y los ácidos grasos son liberados al torrente sanguíneo como una fuente rápida para la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP) y un incremento en las tasas metabólicas. Las tasas cardiacas y de presión sanguínea se incrementan para transportar la glucosa y los ácidos grasos a las células musculares. El flujo sanguíneo disminuye en los órganos internos y la piel, pero se incrementa en las células musculares. Los pulmones ingieren más oxígeno para deshacerse del dióxido de carbono. Todos estos cambios preparan a nuestro cuerpo para huir o pelear ante una situación estresante. La corteza adrenal compone el grueso de la glándula adrenal. Sus células se organizan en tres capas de células epiteliales empaquetadas densamente, formando una región interna, una media y una externa en la corteza. La

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capa externa de la corteza adrenal secreta un grupo de hormonas llamadas hormonas mineralocorticoides porque regulan la concentración de electrolitos minerales. La hormona más importante de este grupo es la aldosterona, que regula la reabsorción de sodio y la excreción de potasio en los riñones. La capa media de la corteza adrenal secreta cortisol, también conocido como hidrocortisona, que es una hormona glucocorticoide. El cortisol estimula al hígado para que sintetice glucosa a partir de los aminoácidos circulantes. Causa que el tejido adiposo degrade las grasas en sus ácidos grasos componentes y origina la degradación de proteínas en aminoácidos. Estas moléculas son liberadas al torrente sanguíneo para que sean ingeridas por los tejidos como una fuente energética rápida. La acción del cortisol ayuda al cuerpo durante situaciones estresantes y ayuda a mantener la concentración de glucosa adecuada durante los periodos de ayuno. El cortisol también ayuda a reducir la respuesta inflamatoria. La cortisona, un esteroide altamente relacionado con el cortisol, se prescribe con frecuencia como un medicamento que reduce la inflamación y como tratamiento para la artritis. El Dr. Percy Julian, un científico afroamericano, descubrió la forma de producir cortisona de forma sintética y la manera de usarla como un tratamiento para el dolor producido por la inflamación en las articulaciones artríticas. Las células en la zona interna de la corteza adrenal producen las hormonas sexuales adrenales, los andrógenos. Éstas son las hormonas sexuales masculinas. Tanto en hombres como en mujeres, se secretan pequeñas cantidades de estas hormonas de la corteza adrenal. En los hombres adultos, la mayor parte de los andrógenos son secretados por los testículos. Los andrógenos estimulan el desarrollo de las características sexuales masculinas. En las mujeres adultas, los andrógenos adrenales estimulan la conducta sexual femenina. Si la corteza adrenal no produce suficientes hormonas, se da una condición llamada enfermedad de Addison. El presidente estadunidense, John F. Kennedy, sufría la enfermedad de Addison y estaba bajo cuidado médico para su tratamiento. Aunque siempre se veía bronceado y saludable, el color de la piel era síntoma de su enfermedad. Otros síntomas incluyen una disminución del sodio y bajos niveles de glucosa en la sangre, lo que origina fatiga y languidez, deshidratación y presión baja. Sin tratamiento, se puede ocasionar la muerte debido a cambios drásticos en el balance de electrolitos en la sangre. Un exceso en la secreción de la corteza adrenal puede originar el síndrome de Cushing. La concentración de glucosa en sangre permanece alta, disminuyendo las proteínas en tejido. La retención del sodio ocasiona el incremento en el fluido tisular, dando como resultado una piel abultada. El paciente exhibe obesidad, una cara en forma de luna, atrofia de la piel, y problemas menstruales en las mujeres. Los incrementos en la producción de andrógenos resultan en la masculinización de las mujeres, que puede observarse como la aparición de vello facial y una disminución en el tono de voz.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

El páncreas, sus hormonas y algunos trastornos

dón animal almacenado. Además, la glucosa es transportada hacia las células musculares y el tejido adiposo. Mediante un mecanismo de retroalimentación negativa, cuando los niveles de glucosa en sangre caen, como durante las comidas o durante la noche, la secreción de insulina disminuye. Mientras los niveles de glucosa se encuentran bajos, las células alfa, de los islotes pancreáticos, secretan la hormona glucagón. El glucagón estimula al hígado para que transforme el glucógeno almacenado en glucosa para elevar su nivel en sangre (Figura 12-7). La degradación de las proteínas en aminoácidos es utilizada por el hígado para sintetizar más glucosa. También, otros tejidos, degradan las grasas con rapidez para proveer una fuente energética alternativa. De nuevo, un mecanismo de retroalimentación negativa es el que regula la secreción de glucagón. La concentración baja de azúcar en la sangre estimula a las células alfa para secretarlo. Conforme los niveles de azúcar en sangre se elevan, la secreción de éste disminuye. Dicho mecanismo ayuda a prevenir la hipoglucemia cuando la concentración de glucosa disminuye durante el ejercicio, o entre las comidas. La manutención de los niveles de glucosa en sangre dentro de un rango normal, es esencial para que el cuerpo funcione correctamente. Una disminución de ésta puede originar el mal funcionamiento del sistema nervioso, ya que la glucosa es la principal fuente de energía de las células nerviosas. Si los niveles de glucosa disminuyen demasiado, la descomposición de grasas libera ácidos grasos y cetonas, ocasionando la disminución del

El páncreas tiene un papel dual, ya que es parte del sistema digestivo, donde sus células, llamadas acinos, producen enzimas digestivas conocidas como jugo pancreático, y también es parte del sistema endocrino, donde sus islotes pancreáticos, también conocidos como islotes de Langerhans, producen las hormonas insulina y glucagón. Estas hormonas regulan los niveles de glucosa en sangre. El páncreas es una glándula aplanada y alargada que se divide en cabeza, cuerpo y porción caudal. Puedes analizarla de nuevo en el Capítulo 16. Se encuentra detrás del estómago y sus ductos pancreáticos se conectan con el duodeno del intestino delgado. La porción exocrina de la glándula (el ducto pancreático) transporta sus jugos digestivos hacia el intestino. Su porción endocrina consiste en dos grupos principales de células altamente asociadas a los vasos sanguíneos. Estos grupos de células se conocen como islotes pancreáticos o islotes de Langerhans. Las células alfa secretan la hormona glucagón, y las células beta secretan la hormona insulina. Después de una ingesta principalmente alta en carbohidratos, como papas o arroz, vegetales, ensalada o cereales y panes, la concentración de glucosa en sangre se vuelve alta gracias a los procesos digestivos. En este punto, las células beta liberan insulina al torrente sanguíneo. La insulina promueve que la glucosa en la sangre se transforme en glucógeno en el hígado, el cual es el almi-

Glucosa absorbida por el intestino

Hacia el hígado Glucosa intracelular

el exceso se transforma en

conforme se requiere se transforma en Glucógeno

Respiración celular

CO2 + H2O + energía (ATP)

Cuando los depósitos de glucógeno se llenan, la glucosa se transforma en

Glicerol + ácidos grasos transportados a

Glicerol + ácidos grasos

Glicerol aminoácidos

Glucosa

Aminoácidos

almacenados como Células adiposas

Grasa

Proteínas

Glucosa y glucógeno no disponibles

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Glucosa

FIGURA 12-7. El almacenamiento de la glucosa y su conversión en el hígado como fuente de energía para el cuerpo.

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pH sanguíneo, condición conocida como acidosis. Si los niveles son demasiado altos, los riñones producen grandes cantidades de orina con altas dosis de glucosa, lo que puede originar deshidratación.

Los testículos y los ovarios La anatomía de los testículos y ovarios se discute con mayor detalle en el Capítulo 19. Los testículos, además de producir esperma como glándulas exocrinas, producen las hormonas sexuales masculinas como glándulas endocrinas. La principal hormona sexual masculina es la testosterona. Esta hormona es responsable del desarrollo de las estructuras reproductivas masculinas, y en la pubertad, del alargamiento del pene y los testículos. También promueve el desarrollo de las características sexuales secundarias del hombre, como el crecimiento de vello facial y en el pecho, agravamiento de la voz, desarrollo muscular, crecimiento óseo que resulta en hombros anchos y caderas angostas. Promueve el desarrollo de la conducta sexual masculina y la agresividad. En los ovarios de las mujeres, dos grupos de hormonas, el estrógeno y la progesterona, promueven el desarrollo de las estructuras reproductivas femeninas: el útero, vagina y las trompas de Falopio. También el desarrollo de las características sexuales secundarias, como

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el crecimiento de los senos, depósitos de grasa en las caderas y muslos, desarrollo óseo que resulta en caderas anchas, y un tono de voz más agudo. El ciclo menstrual también se encuentra controlado por estas hormonas. Las hormonas liberadoras producidas por el hipotálamo inducen a la glándula pituitaria anterior a que produzca las hormonas estimuladoras de las gónadas: LH y LSH. Éstas controlan la secreción de las que se forman en los testículos y ovarios. Las hormonas de las gónadas tienen un efecto de retroalimentación negativa sobre el hipotálamo y la glándula pituitaria anterior. Por lo que el cuerpo mantiene un nivel normal de hormonas sexuales en el cuerpo.

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tema endocrino en tu CD-ROM de StudyWARE™. ● Practica un juego interactivo donde

identifiques las glándulas del sistema endocrino, lo encontrarás en tu CD-ROM de StudyWARE™.

DEFICIENCIA DE INSULINA Y LA DIABETES MELLITUS

La diabetes mellitus es un trastorno muy común del sistema endocrino. Está originado por una deficiencia en la producción de insulina. Afecta a casi 14 millones de estadunidenses. Otros individuos con diabetes tienen un menor número de receptores de insulina en las células blanco, por lo que la glucosa no puede moverse hacia el interior celular, aun bajo cantidades normales de insulina. Esta condición resulta en una elevación crónica del nivel de glucosa en sangre, condición denominada hiperglicemia. En los diabéticos, conforme los niveles de azúcar en sangre se elevan, la cantidad de glucosa filtrada por los túbulos renales excede la capacidad de los mismos para reabsorberla. Por lo tanto, existe una gran cantidad de azúcar en la orina, condición denominada glicosuria. Esto da como resultado un incremento en la producción de orina, ya que se requiere de más agua para transportar la carga extra de glucosa. Esto se conoce como poliuria. Conforme se van perdiendo grandes cantidades de líquidos en la orina, los individuos diabéticos se deshidratan e ingieren cantidades cada vez mayores de líquidos, una condición conocida como polidipsia, o sed excesiva. Además, debido a que las células no reciben glucosa para quemarla como fuente energética, las personas diabéticas experimentan fuertes periodos de hambre o polifagia. Las personas diabéticas comen abundantemente y sin embargo siguen perdiendo peso. La enfermedad inhibe la síntesis de grasas y proteínas. Las células con deficiencias en glucosa usan las proteínas como fuente de energía, y los tejidos se van desgastando. El paciente se encuentra muy hambriento, come, y sin embargo pierde peso; además se cansa fácilmente. Los niños no se desarrollan bien, y tanto infantes como adultos no pueden reparar muy bien los tejidos. Los cambios en el metabolismo de las grasas causan la acumulación de los ácidos grasos y de cetonas en la sangre, lo que produce un pH sanguíneo bajo o acidosis. La acidosis y la deshidratación dañan las células cerebrales; por lo que estos individuos se pueden desorientar o entrar en un coma diabético y morir. (continúa)

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DEFICIENCIA DE INSULINA Y LA DIABETES MELLITUS (continuación)

Existen dos tipos de diabetes mellitus: la 1 y la 2. La diabetes tipo 1 también se conoce como diabetes juvenil, porque generalmente se desarrolla entre los 11 y 13 años de edad, hasta antes de los 30. Es una enfermedad autoinmunológica que destruye las células beta del páncreas. Los individuos con este tipo de diabetes deben inyectarse insulina diariamente. Esto también se conoce como diabetes mellitus dependiente de insulina (DMDI). Esta forma de diabetes representa 10% de la población de diabéticos. La diabetes mellitus tipo 2 también se conoce como diabetes independiente de insulina (DMII), y es la forma más común de la enfermedad, pues afecta cerca del 90% de las personas con diabetes. Por lo general se desarrolla después de los 40 años de edad y produce síntomas más leves. La mayor parte de las personas presentan sobrepeso cuando desarrollan la enfermedad. En esta situación, las células beta siguen produciendo insulina, pero en una cantidad reducida, y los receptores de insulina en las células blanco se pierden, por lo que la ingesta de glucosa disminuye. El tratamiento incluye mantener una dieta balanceada y controlada, así como ejercicio para mantener un peso corporal adecuado. La herencia y la carga étnica pueden predisponer a la enfermedad. Los americanos nativos presentan un mayor riesgo; los afroamericanos y los hispanos tienen 50% más probabilidades de desarrollar la diabetes tipo 2 que los caucásicos. Existen medicamentos para tratar la diabetes tipo 2. Los individuos con diabetes deben monitorear su nivel de glucosa en sangre varias veces al día. Sin monitoreo, y sin una manutención apropiada de los niveles de glucosa en sangre, puede ocurrir daño nervioso. La hiperglicemia ocasiona un menor flujo sanguíneo causado por la acumulación de materiales grasos en los vasos sanguíneos, lo que puede resultar en embolias, ataques cardiacos y una circulación reducida en las extremidades. La retinopatía diabética, que causa cambios en la retina del ojo, puede originar ceguera. Otra complicación de la diabetes pueden ser las enfermedades renales. Un monitoreo cuidadoso y la regulación de los niveles de azúcar en sangre pueden controlar los síntomas. El descubrimiento de la insulina en 1921 y el desarrollo de medicamentos ayudan a controlar la enfermedad hoy en día.

ENFERMEDAD COMÚN, TRASTORNO O CONDICIÓN

OTROS TRASTORNOS DEL SISTEMA ENDOCRINO

DIABETES INSIPIDUS La diabetes insipidus es causada por una falta de hormona antidiurética (ADH) producida por la glándula pituitaria posterior, o porque los receptores de ADH no funcionan normalmente. Esta enfermedad no se debe confundir con la diabetes mellitus. Los individuos con diabetes insipidus excretan cantidades copiosas de orina, por lo que se deshidratan severamente. También presentan una sed excesiva. Los niños con esta condición generalmente mojan la cama con frecuencia. El tratamiento incluye la administración de ADH mediante un atomizador nasal.

TRASTORNO AFECTIVO ESTACIONAL El trastorno afectivo estacional ocurre en los individuos que son sensibles a la sobreproducción de melatonina que ocurre en las zonas climáticas con meses de inviernos nublados y con poca luz solar. Produce un tipo de depresión. Debido a que los meses invernales también tienen días cortos, esto contribuye a una mayor secreción de melatonina por la glándula pineal (menos luz equivale a mayor cantidad de melatonina). Los individuos con esta condición pueden ser tratados con dosis diarias de luz artificial.

ALDOSTERONISMO El aldosteronismo es originado por un exceso en la secreción de aldosterona, una de las hormonas mineralocorticoides de la corteza adrenal. Los síntomas de esta condición incluyen presión sanguínea alta. Ello resulta por la retención de sodio y de agua en los riñones, por los niveles reducidos de potasio en la sangre y debido a un incremento en el pH sanguíneo.

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OTROS TRASTORNOS DEL SISTEMA ENDOCRINO (continuación)

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ESTRÉS El estrés puede ser causado por muchas razones ambientales externas, como preocupaciones sobre el estado financiero, calificaciones y exámenes, relaciones, etcétera. La epinefrina, de la médula adrenal y el cortisol, de la corteza adrenal, son las hormonas que nos ayudan a contender con las situaciones estresantes, incrementando los niveles de azúcar en sangre y la liberación de ácidos grasos del hígado y las células adiposas para que sean utilizados como una fuente de ATP en la energía muscular. Esto incluye un aumento en la frecuencia cardiaca. Cuando percibimos una situación estresante, nuestro sistema nervioso, mediante el hipotálamo del cerebro, envía señales del sistema nervioso autónomo hacia la glándula adrenal. Por lo que existe una cooperación entre el sistema nervioso y el sistema endocrino para lidiar con el estrés. El estrés crónico causa un exceso de secreción de estas hormonas, que puede conducir a serios efectos psicológicos (depresión) y efectos fisiológicos (malestar y susceptibilidad a infecciones).

SÍNDROME ADRENOGENITAL El síndrome adrenogenital ocurre por un exceso en la secreción de andrógenos de la corteza adrenal. Esto puede originarse por nacer con una glándula adrenal súper desarrollada, o por el desarrollo de un tumor en la glándula. Las mujeres que nacen con esta condición son pseudohermafroditas, con un clítoris alargado. Conforme se desarrollan, tendrán un tono de voz grave, con distribución de vello sobre la cara y el pecho, así como un mayor desarrollo muscular. Los hombres que nacen con esta condición tendrán un desarrollo temprano del pene y glándula prostática, así como del vello axilar y púbico. Los tumores pueden desarrollarse a una edad más avanzada, alrededor de los 35 años, y son más comunes en las mujeres. Éstos causan el desarrollo de vello facial, un tono de voz masculinizado, y una disminución en el tamaño de los senos. Los tratamientos incluyen cirugías para remover el tumor, cirugías cosméticas y depilación del cabello mediante electrolisis.

ALERTA SANITARIA

SÍNDROME DE CUSHING

El síndrome de Cushing es causado por un exceso, en la producción a largo plazo, de cortisol por la corteza adrenal. Los individuos con esta condición tienen un menor nivel de tolerancia a la glucosa. Los síntomas incluyen un exceso de peso alrededor de la cintura, cara en forma de luna causada por la acumulación de tejido adiposo en el tronco y en la cara. La piel se puede pigmentar de forma anormal, causando parches rojizos en la cara de los individuos con tez clara. Los individuos con este síndrome son susceptibles a infecciones, que pueden ser difíciles de erradicar.

ALERTA SANITARIA

ENFERMEDAD DE GRAVE

La enfermedad de Grave es un síntoma del hipertiroidismo. Los síntomas incluyen una protrusión anormal de los globos oculares (exoftalmia) y un alargamiento de la glándula tiroides. La enfermedad es más común en las mujeres y parece tener un origen genético. Ocurre entre los 30 y 60 años de edad. Otros síntomas incluyen pérdida de peso, fatiga, palpitaciones cardiacas, nerviosismo, temblores ligeros en las manos. Esta enfermedad se trata con medicamentos o con yoduro radiactivo.

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El timo y sus hormonas El timo es una masa bilobulada de tejido que se encuentra en el mediastino, detrás del esternón y entre los dos pulmones. Esta glándula tiene mayor importancia en la infancia, y es relativamente grande en los niños pequeños. Es vital para el desarrollo del sistema inmune, y este papel se discute con mayor detalle en el Capítulo 15. Conforme envejecemos, la glándula se encoge y es reemplazada con grasa y tejido conectivo. La glándula secreta la hormona timosina, que causa la producción de ciertos glóbulos blancos, llamados linfocitos T. Éstos protegen al cuerpo contra los microorganismos extraños, ayudando a combatir infecciones. El timo tiene un papel importante en el desarrollo de la inmunidad. Ocasionalmente, un infante puede nacer sin el timo, y su sistema inmune no se desarrollará de forma correcta. Estos niños serán susceptibles a las infecciones y tendrán más dificultades para combatir a los microorganismos infecciosos.

La glándula pineal y su hormona La glándula o cuerpo pineal es una pequeña estructura con forma de piña, que se encuentra entre los dos hemisferios cerebrales, unida a la parte superior del tálamo y cerca de la parte superior del tercer ventrículo (Figura

12-8). La glándula pineal produce la hormona melatonina, que se secreta directamente hacia el líquido cefalorraquídeo. La melatonina tiene varios efectos en el cuerpo, y se siguen investigando más. Ésta puede inhibir la secreción de las hormonas gonadotrópicas LH y LSH de la pituitaria anterior, inhibiendo a su vez, las funciones del sistema reproductivo. La luz brillante inhibe la secreción de la melatonina. Los estudios han indicado que la melatonina regula los ritmos circadianos. Bajo luz brillante, con poca producción de melatonina, las personas se “sienten bien” y su fertilidad se incrementa. Los niveles altos de melatonina, producidos en la oscuridad, causan que los individuos se sientan deprimidos y cansados, provocando el sueño. La melatonina afecta nuestros patrones de sueño-vigilia y mantiene nuestros ciclos biológicos. Los impulsos nerviosos que se originan en la retina de los ojos envían la información luminosa a la glándula pineal. En la luz tenue u oscuridad, los impulsos nerviosos del ojo disminuyen y la secreción de melatonina se incrementa. La melatonina también participa en el inicio de la pubertad y en los ciclos reproductivos femeninos. La serotonina también es secretada por la glándula pineal y actúa como un neurotransmisor y vasoconstrictor. Estimula la contracción del músculo liso e inhibe las secreciones gástricas.

Cuerpo calloso Tálamo

Glándula pineal

Hipotálamo

Glándula pituitaria

Cerebelo

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Quiasma óptico

FIGURA 12-8. La ubicación de la glándula pineal.

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CONFORME EL CUERPO ENVEJECE Conforme envejecen los individuos, la hormona del crecimiento disminuye su concentración. Esto causa una disminución en la masa ósea, que puede causar osteoporosis. También existe una disminución en la masa muscular, acompañada de un incremento en la deposición de tejido adiposo. El ejercicio regular ayuda a limitar la disminución en la concentración de la hormona del crecimiento. La producción de hormonas sexuales también declina, tanto en hombres como mujeres, sobre todo en los últimos años de la edad media. Esto da como resultado la menopausia en las mujeres, que ocasionalmente es tratada con una terapia de reemplazo hormonal. La secreción de timosina por parte del timo, disminuye con la edad, afectando el número de linfocitos que pueden madurar y proveer inmunidad funcional. Esto puede ocasionar mayor susceptibilidad al cáncer y a infecciones bacterianas y virales. La secreción de melatonina por parte de la glándula pineal, también disminuye en los individuos mayores, lo que ocasiona un cambio en los patrones de sueño, que causa cansancio durante las horas del día, y requiere siestas cortas durante el día, además de las horas de sueño nocturnas.

Campo

PROFESIONAL

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Exii Existen distintas áreas profesionales para los individuos que tengan interés en estudiar di ia el sistema endocrino. ● T Técnicos en medicina nuclear son los individuos que administran medicamentos radiactivos, conocidos como radiofarmacéuticos, como el yoduro radiactivo que se prescribe para tratar una glándula tiroides hiperactiva. Estos medicamentos radiactivos también se usan para el diagnóstico por imágenes. ● Endocrinólogos son los médicos especializados en el sistema endocrino y en el tratamiento de los problemas de dicho sistema. ● Nutriólogos para diabéticos son los individuos entrenados como nutriólogos que se especializan en la terapia nutricional, dar terapia y planear comidas balanceadas para los individuos con diabetes mellitus.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

SISTEMAS CORPORALES TRABAJANDO JUNTOS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS: EL SISTEMA ENDOCRINO

● El exceso de glucosa se almacena en el hígado en

forma de glucógeno, y se encuentra disponible para las células en los periodos entre las comidas debido a la acción combinada de la insulina y del glucagón. ● Las hormonas también afectan las actividades digestivas, induciendo el incremento del apetito durante la pubertad, causado por tasas metabólicas mayores.

Sistema tegumentario ● La producción de melanocitos en la piel es originada

por la hormona estimuladora de éstos de la pituitaria anterior. ● Los melanocitos producen melanina, originando una pigmentación más oscura en la piel para protegernos de los rayos del sol. ● Los andrógenos activan las glándulas sebáceas; el estrógeno incrementa la hidratación de la piel. Sistema esquelético ● La concentración de calcio en los huesos se encuentra controlada por las hormonas calcitonina y parathormona. ● Las células nerviosas del hipotálamo funcionan de forma apropiada gracias a la concentración adecuada del calcio. ● Los huesos protegen a las glándulas endocrinas del cerebro, la pelvis y el tórax. Sistema muscular ● Las hormonas pueden originar un incremento en la frecuencia cardiaca, que ayuda a aumentar la cantidad de sangre que transporta los nutrientes y el oxígeno a las células musculares durante el ejercicio. ● La hormona del crecimiento estimula el desarrollo muscular. Sistema nervioso ● Las células nerviosas del hipotálamo controlan las secreciones de la glándula pituitaria. ● Mediante un mecanismo de retroalimentación negativa, los niveles hormonales controlan las secreciones del hipotálamo. Sistema cardiovascular ● La sangre transporta hormonas a sus órganos blanco. ● Las tasas cardiacas y el diámetro de los vasos sanguíneos se encuentran bajo el control de hormonas. Sistema linfático ● Las hormonas estimulan la producción de linfocitos T. ● Las hormonas se encuentran involucradas en el desarrollo del sistema inmune de los niños. ● La linfa puede ser una ruta de transporte hormonal. Sistema digestivo ● Los niveles de glucosa en sangre se encuentran controlados por hormonas.

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Sistema respiratorio ● Los bajos niveles de oxígeno en la sangre estimulan la producción hormonal de la formación de eritrocitos en la médula ósea. ● Los eritrocitos transportan oxígeno de los pulmones al cuerpo, y se llevan el dióxido de carbono hacia los pulmones. ● La epinefrina incrementa la tasa respiratoria. Sistema urinario ● Las hormonas controlan la función renal. ● Los riñones controlan los niveles de agua y el balance de los electrolitos en la sangre. Sistema reproductivo ● Las hormonas sexuales estimulan el desarrollo de las estructuras reproductivas. ● Las hormonas sexuales también estimulan el desarrollo de las características sexuales secundarias en hombres y mujeres. ● Las hormonas sexuales estimulan el desarrollo de los óvulos y los espermatozoides.

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1. El sistema endocrino mantiene el ambiente interno del cuerpo dentro de ciertos límites, lo logra mediante el control químico a través de sus hormonas. Esto se conoce como homeostasis. 2. El hipotálamo del cerebro envía señales químicas que controlan la glándula pituitaria, que es la glándula maestra del sistema endocrino. 3. Las glándulas endocrinas no tienen ductos que secreten sus hormonas directamente al torrente sanguíneo, que las lleve hacia los órganos blanco.

LAS FUNCIONES DE LAS HORMONAS 1. Las hormonas controlan la respiración, el crecimiento y la reproducción celular. 2. Controlan los niveles de los líquidos corporales y el balance de electrolitos. 3. Controlan la secreción de otras hormonas. 4. Controlan los patrones conductuales.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

5. Regulan los ciclos reproductivos así como nuestro crecimiento y desarrollo. 6. Mediante mecanismos de retroalimentación negativa, los niveles hormonales de nuestro cuerpo se mantienen en concentraciones normales.

LA CLASIFICACIÓN DE LAS HORMONAS 1. Algunas hormonas son aminoácidos modificados: epinefrina, norepinefrina, oxitocina y vasopresina (ADH). 2. Otras hormonas son proteínas: como la insulina y la del crecimiento. 3. Una tercera categoría son las hormonas esteroideas: cortisol, estrógeno y testosterona. 4. Las hormonas proteicas y de aminoácidos modificados se unen a receptores asociados a membranas en las células de los órganos blanco. Cuando se prescriben, éstas deben de inyectarse. 5. Las hormonas esteroideas se difunden a través de las membranas celulares y después se unen a receptores intracelulares. Cuando se prescriben se pueden tomar de manera oral.

EL HIPOTÁLAMO DEL CEREBRO 1. El hipotálamo del cerebro controla las secreciones de la glándula pituitaria, la glándula maestra del sistema endocrino. 2. Las células nerviosas del hipotálamo producen señales químicas conocidas como hormonas liberadoras, que estimulan y liberan hormonas que inhiben la liberación de una hormona particular en la glándula pituitaria. 3. El hipotálamo del sistema nervioso controla las secreciones del sistema endocrino. 4. A través de mecanismos de retroalimentación negativa, el sistema endocrino puede influenciar las funciones del hipotálamo.

LAS GLÁNDULAS ENDOCRINAS PRINCIPALES Y SUS HORMONAS 1. Las glándulas endocrinas son los lóbulos posterior y anterior de la glándula pituitaria, la glándula pineal, la tiroides, las paratiroideas, el timo, las glándulas adrenales, los islotes pancreáticos, los ovarios y los testículos. La glándula pituitaria anterior, sus hormonas y algunos trastornos 1. La glándula pituitaria también se conoce como hipófisis. Se divide en un gran lóbulo anterior y un lóbulo posterior de menor tamaño. Es la glándula maestra del sistema.

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2. El lóbulo anterior de la pituitaria, compuesto principalmente por epitelio glandular, produce siete hormonas. 3. La hormona del crecimiento (GH) estimula el metabolismo celular y el crecimiento de huesos y músculos. Su escasez en la infancia puede producir enanismo pituitario. Un exceso en su secreción durante la infancia produce una condición llamada gigantismo. Un exceso de secreción después de la infancia produce el alargamiento de las manos, pies y características faciales, una condición llamada acromegalia. 4. La hormona estimuladora de la tiroides (TSH) estimula a la tiroides para que secrete sus hormonas, T3, T4 y calcitonina. 5. La hormona adrenocorticoide (ACTH) estimula la corteza adrenal para que secrete su hormona, el cortisol. 6. La hormona estimuladora de melanocitos (MSH) causa el oscurecimiento de la piel al estimular la producción de melanina en los melanocitos. 7. La hormona folículo estimulante (FSH) estimula el desarrollo de los folículos en los ovarios de las mujeres y la producción de espermatozoides en los hombres. 8. La hormona luteinizante (LH) estimula la ovulación y producción de progesterona en las mujeres, y la producción de testosterona en los hombres. 9. La prolactina estimula la producción de leche en las glándulas mamarias de las mujeres después del parto. La glándula pituitaria posterior y sus hormonas 1. El lóbulo posterior se compone principalmente de fibras nerviosas y células de la neuroglia. Produce dos hormonas: la hormona antidiurética y la oxitocina. 2. La hormona antidiurética (ADH), también conocida como vasopresina, causa un incremento en la reabsorción de agua en los túbulos renales, lo que resulta en una menor cantidad de agua en la orina. Una deficiencia en ADH puede resultar en una condición conocida como diabetes insipidus. Si se secreta en grandes cantidades, puede constreñir los vasos sanguíneos, de ahí su otro nombre, vasopresina. 3. La oxitocina causa la contracción del músculo liso del útero durante el parto. También causa la constricción de las células de las glándulas mamarias, lo que resulta en la eyección de leche o lactancia. La tiroides, sus hormonas y algunos trastornos 1. La tiroides consiste en dos lóbulos conectados mediante un istmo. Se encuentra justo debajo de la laringe, en ambos lados de la tráquea. Produce tres hormonas, T3, T4 y calcitonina.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

2. La tiroides requiere yodo para funcionar correctamente. Éste forma parte de la sal yodada. 3. Sin una cantidad de yodo adecuada, la tiroides se alarga, formando un bocio. 4. La tiroxina o tetrayodotironina (T4) y la triyodotironina (T3) son dos hormonas tiroideas. Ambas regulan el metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteínas, para que el sistema nervioso se desarrolle y crezca de forma normal. 5. El hipotiroidismo (falta de hormona tiroidea), en los niños, causa cretinismo, que resulta en una estatura pequeña y retraso mental. En los adultos causa fatiga y acumulación de fluidos en los tejidos subcutáneos. 6. El hipertiroidismo (exceso de hormona tiroidea) causa nerviosismo, una tasa metabólica alta y fatiga. La enfermedad de Grave, asociada con la tiroides alargada o bocio, también tiene el efecto de producir ojos saltones, conocido como exoftalmia. 7. Las células extrafoliculares de la tiroides secretan una tercera hormona, la calcitonina. Ésta disminuye la concentración de iones de calcio y fosfato en la sangre al inhibir la liberación de dichos iones en los huesos, e incrementando su excreción en los riñones. Las glándulas paratiroideas, su hormona y algunos trastornos 1. Las cuatro glándulas paratiroideas se encuentran embebidas en la superficie posterior de la glándula tiroides. 2. Sus células secretorias, llamadas células principales, secretan la hormona paratiroidea o parathormona (PTH). 3. La PTH causa que las células óseas liberen calcio y fosfato hacia la sangre; causa que los riñones conserven el calcio en la sangre, y también que las células intestinales lo absorban a partir de los alimentos digeridos. 4. La vitamina D también incrementa la absorción de calcio en los intestinos. 5. Cuando existen niveles altos de PTH, condición conocida como hiperparatiroidismo, se ocasiona la degradación de la matriz ósea, que produce huesos suaves y deformados, fáciles de fracturar. Además, el calcio elevado afecta músculos y nervios, lo que resulta en fatiga y debilidad muscular. El exceso de calcio puede causar cálculos renales. 6. Los bajos niveles de PTH o hipoparatiroidismo reducen la actividad de los osteoclastos, lo que origina tasas de descomposición ósea y de formación de vitamina D deficientes. El hueso permanece fuerte, pero conforme disminuye el nivel de calcio en la sangre, los músculos y los nervios se vuelven anormalmente excitables,

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resultando en calambres musculares y contracciones tetánicas. Esto puede ocasionar una falla respiratoria. Las glándulas adrenales, sus hormonas y algunos trastornos 1. Las glándulas adrenales, también conocidas como glándulas suprarrenales, se encuentran en la parte posterior de cada riñón. 2. Cada glándula se divide en una parte interior llamada médula adrenal, y una parte externa, llamada corteza adrenal. 3. La médula adrenal produce, en grandes cantidades, la hormona adrenalina, también llamada epinefrina; en cantidades menores produce noradrenalina o norepinefrina, en respuesta a señales de la división simpática del sistema nervioso autónomo. 4. La epinefrina y norepinefrina también se conocen como hormonas de la respuesta corre o defiéndete, pues preparan al cuerpo para situaciones estresantes. 5. Éstas causan la liberación de glucosa del hígado y de ácidos grasos a partir de las células adiposas, para que sea utilizada como una fuente de energía. La tasa cardiaca y la presión sanguínea aumentan. El flujo sanguíneo hacia las células musculares incrementa y disminuye el flujo hacia la piel y los órganos internos. Los pulmones toman más oxígeno. 6. La corteza adrenal se divide en tres capas. La capa externa secreta las hormonas mineralocorticoides, donde la más importante es la aldosterona, que regula la reabsorción de sodio y la excreción de potasio en los riñones. 7. La capa media de la corteza adrenal secreta cortisol, también conocida como hidrocortisona, una hormona glucocorticoide. Ésta causa que el hígado produzca glucosa a partir de los aminoácidos circulantes, origina que las proteínas se degraden en aminoácidos, y que las células adiposas degraden los ácidos grasos como fuente de energía para las células del cuerpo. 8. El cortisol también inhibe la respuesta inflamatoria. La cortisona, un esteroide altamente relacionado con el cortisol, se prescribe como tratamiento de la artritis para reducir la inflamación. 9. La capa interna de la corteza adrenal produce andrógenos, las hormonas sexuales adrenales de los hombres. Éstas estimulan las características sexuales masculinas. En los hombres adultos, la mayor parte de los andrógenos provienen de los testículos. En las mujeres adultas estimulan la conducta sexual femenina. 10. La enfermedad de Addison es causada por la ausencia o la falta de hormonas de la corteza adrenal. Sus síntomas incluyen una piel bronceada,

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

disminución en la concentración de sodio en sangre, baja glucosa en sangre, que origina fatiga, deshidratación y presión sanguínea baja. 11. El síndrome de Cushing es originado por un exceso de secreción en la corteza adrenal. Sus síntomas incluyen altos niveles de glucosa en sangre y pocas proteínas tisulares. La retención de sodio causa que se incremente el líquido en los tejidos, dando como resultado una piel abultada. El paciente es obeso y con cara en forma de luna. El páncreas, sus hormonas y algunos trastornos 1. Las islotes pancreáticos o islotes de Langerhans son la porción endocrina del páncreas y producen dos hormonas, la insulina y el glucagón, que regulan los niveles de glucosa en sangre. 2. Las células beta de los islotes pancreáticos producen insulina después de las comidas. La insulina causa que el exceso de glucosa en sangre sea almacenada en el hígado como glucógeno, que es el almidón animal. La glucosa también se mueve hacia las células musculares y el tejido adiposo. 3. Las células alfa de los islotes pancreáticos producen glucagón entre las comidas, cuando los niveles de glucosa se encuentran al mínimo. El glucagón estimula al hígado para que convierta el glucógeno almacenado en glucosa, para que degrade los aminoácidos y los transforme en glucosa y para que descomponga las grasas de otros tejidos y se utilicen como fuente energética. 4. Los mecanismos de retroalimentación negativa regulan el nivel de la concentración de glucosa en sangre. 5. Una disminución en la concentración de glucosa sanguínea puede causar disfunciones nerviosas, ya que la glucosa es la principal fuente de energía de las células nerviosas. 6. Un nivel bajo de glucosa en sangre origina la degradación de las grasas, liberando ácidos grasos y cetonas en la sangre; lo que ocasiona una disminución en el pH sanguíneo, condición conocida como acidosis. 7. Un nivel alto de glucosa en sangre, causa que los riñones produzcan grandes cantidades de orina para diluir el exceso de glucosa, lo que ocasiona deshidratación. 8. Una producción insuficiente de insulina resulta en una enfermedad conocida como diabetes mellitus. Los testículos y los ovarios 1. Los testículos producen la principal hormona sexual masculina, la testosterona. 2. La testosterona causa el desarrollo de las estructuras reproductivas masculinas y, en la pubertad, el alargamiento de los testículos y del pene.

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3. La testosterona también induce el desarrollo de las características sexuales secundarias masculinas, como el vello facial y el vello en el pecho, el desarrollo muscular, un tono de voz grave, hombros amplios y caderas angostas. 4. Los ovarios producen las hormonas sexuales femeninas, el estrógeno y la progesterona. 5. El estrógeno y la progesterona inducen el desarrollo de los órganos reproductivos femeninos. También inducen el desarrollo de las características sexuales secundarias femeninas, como el crecimiento de los senos, un tono de voz agudo, caderas amplias y depósitos de grasa en los muslos, caderas y piernas. 6. Las hormonas sexuales femeninas también controlan el ciclo menstrual. El timo y sus hormonas 1. El timo produce la hormona timosina, esta glándula es crucial para el desarrollo del sistema inmunológico. 2. La timosina origina la producción de linfocitos T, glóbulos blancos que protegen al cuerpo contra los microorganismos foráneos. La glándula pineal y sus hormonas 1. La glándula pineal se encuentra en el cerebro, cerca del tálamo y produce la hormona melatonina. 2. La melatonina inhibe las funciones del sistema reproductivo y regula los ritmos corporales, como el patrón de vigilia-sueño. 3. La luz brillante inhibe la secreción de melatonina. 4. Un nivel bajo de melatonina durante la exposición a la luz brillante nos hace sentir bien, e incrementa la fertilidad; los niveles altos de melatonina, bajo luz tenue, nos hacen sentir cansados y deprimidos. 5. La glándula pineal también secreta serotonina, un neurotransmisor y vasoconstrictor.

PREGUNTAS DE REPASO *

1. Explica cómo el hipotálamo del cerebro controla el sistema endocrino. * 2. Explica cómo funciona el sistema de retroalimentación negativa para mantener los niveles hormonales en el cuerpo. 3. Nombra las tres categorías químicas para clasificar hormonas y dar algunos ejemplos. 4. Nombra las principales glándulas endocrinas y sus hormonas. 5. Menciona algunos efectos de la testosterona sobre el cuerpo masculino. *

Preguntas de pensamiento crítico

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

RELACIONA LAS COLUMNAS Coloca el número apropiado sobre el espacio en blanco. _____ Tiroides 1. Hormonas tirotróficas _____ Prolactina 2. Parathormona _____ Médula adrenal 3. Testosterona _____ Pituitaria 4. Insulina anterior 5. Vasopresina (ADH) _____ Corteza adrenal 6. Tiroxina _____ Testículos 7. Estrógeno y progesterona _____ Ovarios 8. Adrenalina/epinefrina _____ Paratiroides 9. Cortisol _____ Páncreas 10. Melatonina _____ Pituitaria 11. Secreción de leche posterior 12. Serotonina

Investiga y explora ● Visita el sitio web Endrocrineweb en

http://www.endocrineweb.com, allí podrás leer más sobre las estructuras y las enfermedades del sistema endocrino. ● Visita la Asociación Americana para

la Diabetes http://www.diabetes.org, donde podrás aprender más sobre la diabetes tipo 1 y tipo 2. Escribe dos o tres párrafos en donde compares las diferencias entre ambos tipos.

ESTUDIO DE CASO Sofía, una mujer de 58 años, moderadamente obesa, está consultando a su médico de cabecera. Sofía está preocupada porque sufrió una herida en el pie hace dos semanas y ésta no sana. El médico nota que Sofía ha perdido 15 kilos desde su última visita. A pesar de su pérdida de peso, ella dice que ha estado mucho más hambrienta, y come más de lo usual. También le dice que ha estado experimentando una sed intensa, y micciones frecuentes. Basándose en sus síntomas y en los estudios diagnósticos que le realizó el médico, Sofía se entera de que tiene diabetes mellitus.

Preguntas 1. 2. 3. 4. 5.

¿Cuál es la característica principal de la diabetes mellitus? ¿Qué tipo de diabetes mellitus crees que tenga Sofía? ¿Cuáles son los cuatro síntomas clásicos de este trastorno? ¿Qué medidas tomará el médico para controlar los síntomas de Sofía? Si eventualmente, Sofía requiere de insulina, ¿por qué se deberá inyectar este medicamento? 6. ¿Qué complicaciones pueden desarrollar los individuos con una diabetes mellitus no controlada?

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

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Conexión con StudyWARE ™ Practica un juego interactivo o contesta un cuestionario que refuerce tu aprendizaje sobre este capítulo. Los puedes encontrar en tu CD-ROM de StudyWARE™.

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

E JE R CICIO DE L A B O R ATORIO:

EL SISTEMA ENDOCRINO

Materiales necesarios: un kit de disección, un feto de cerdo que provea una compañía biológica especializada y una bandeja de disección. 1. Coloca el feto del cerdo, con el vientre hacia arriba, en la bandeja de disección. Usando el bisturí y jalando con los fórceps, remueve la piel de un área cuadrada en la parte media de la mandíbula inferior, donde se unen las

orejas, posterior al tórax cercano al esternón. Observa la Figura 12-9, corte número 2. Antes de que realices tu corte horizontal, siente la laringe o la caja de voz. Haz el corte horizontal superior justo encima de la laringe, ten cuidado de no cortar demasiado profundo. Después corta lateralmente ambos lados, en dirección a la región torá-

2

4

1

3

Abertura urogenital

Cordón umbilical

© Delmar/Cengage Learning

5

FIGURA 12-9. Guía para la disección de un feto de cerdo. Realiza el corte número 2 para poder observar el timo y la tiroides. (continúa)

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CAPÍTULO 12 El sistema endocrino

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EL SISTEMA ENDOCRINO (Continuación) cica. Conforme hagas tu corte horizontal posterior, el esternón evitará que le hagas daño a los tejidos interiores. Ahora remueve la piel y la capa muscular que une la piel, jálala con cuidado con los fórceps y raspa el tejido con el bisturí. 2. Cuando remuevas la piel verás músculos y glándulas expuestos. Nota los largos músculos de la región del cuello. Éstos se pueden remover para exponer el timo. Observa la Figura 12-10 de una disección en un feto de cerdo, para que analices esta región. El timo parece una esponja, muy diferente a las fibras gruesas que componen el tejido muscular.

3. En el cerdo, el timo se compone de dos grandes lóbulos ubicados justo debajo de la laringe cartilaginosa. Ahora separa los dos lóbulos con los fórceps, así podrás exponer la oscura y pequeña glándula tiroides, que se encuentra en la parte superior de la tráquea. Mientras estás en esta parte, puedes observar los anillos cartilaginosos de la tráquea. 4. Una vez que hayas encontrado estas glándulas del sistema endocrino, regresa el feto a su área de almacenamiento. Después lo utilizaremos para otras disecciones.

Laringe

Timo

Tráquea Tiroides

Saco pericárdico

Corazón (ventrículo izquierdo)

Pulmón derecho

Diafragma Hígado

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Corte de la caja torácica

FIGURA 12-10. La garganta y la región torácica de un feto de cerdo disecado.

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La sangre OBJETIVOS DEL CAPÍTULO Después de estudiar este capítulo, deberás ser capaz de: 1. Describir las funciones de la sangre. 2. Clasificar los distintos tipos de células sanguíneas. 3. Describir la anatomía de los eritrocitos en relación a su función. 4. Comparar las funciones de los distintos tipos de leucocitos. 5. Explicar dónde y cómo se forman las células sanguíneas. 6. Explicar el mecanismo de coagulación. 7. Nombrar los distintos tipos sanguíneos.

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C O N C E P T O S C L AV E Aglutinación Albúmina Basófilos Células madre/ hematocitoblastos Coágulo Complemento Embolia Émbolo Eosinófilos Eritroblastosis fetal Eritrocitos Fagocitosis Fibrina

Fibrinógeno Fibrinólisis Globina Globulinas Grupo sanguíneo ABO Grupo sanguíneo Rh Hematopoyesis Hemo Hemoglobina Infarto Leucocitos Linfocitos Lisozima Macrófagos

Megacariocitos Monocitos Neutrófilos Placa Plasma Protrombina Sinéresis Tejido mieloide/ médula ósea roja Trombina Trombo Trombocitos/plaquetas Tromboplastina Trombosis

INTRODUCCIÓN

FUNCIONES DE LA SANGRE

La sangre es un tejido conectivo especializado que consta de dos componentes: los elementos de la sangre o células sanguíneas, y la parte líquida de la sangre o plasma (Figura 13-1). Los elementos de la sangre son los glóbulos rojos o eritrocitos, los glóbulos blancos o leucocitos, y las plaquetas o trombocitos. El plasma, un líquido viscoso, representa alrededor del 55% de la sangre; los elementos sanguíneos constituyen alrededor del 45% del volumen total de sangre. Una mujer promedio tiene alrededor de cinco litros de sangre, mientras que un hombre promedio tiene aproximadamente seis litros de sangre en el cuerpo. La sangre representa aproximadamente 8% del peso corporal total. Véase Mapa Conceptual 13-1: La sangre.

Bombeada por el corazón y transportada por los vasos sanguíneos en todo el cuerpo, la sangre es un complejo líquido que realiza una serie de indispensables funciones. Estas funciones se relacionan con el mantenimiento de la homeostasis. La sangre transporta el oxígeno desde los pulmones, donde se enlaza con los glóbulos rojos, a todas las células del cuerpo. Las células necesitan oxígeno para realizar el metabolismo celular. También lleva dióxido de carbono desde las células, donde se ha producido como un producto de desecho del metabolismo celular, hacia los pulmones, para ser expulsado del cuerpo. Mueve nutrientes, iones y agua desde el tracto digestivo hacia todas las célu299

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CAPÍTULO 13 La sangre

Plasma (55% del volumen total)

Elementos sanguíneos (45% del volumen total)

Eritrocitos

Trombocitos (plaquetas)

Neutrófilos

Monocito

Leucocitos

Eosinófilos

Linfocito © Delmar/Cengage Learning

Tubo de ensaye que contiene sangre

Basófilo

FIGURA 13-1. Los principales componentes de la sangre.

las del cuerpo; productos de desecho desde las células del cuerpo hacia las glándulas sudoríparas y riñones para su excreción. La sangre lleva hormonas desde las glándulas endocrinas a los diversos órganos del cuerpo, así como enzimas a las células para regular los procesos y reacciones químicas. Ayuda a regular el pH del cuerpo a través de los amortiguadores y aminoácidos que carga. El pH normal de la sangre es ligeramente alcalino, alrededor de 7.35 a 7.45. También desempeña un papel importante en la regulación de la temperatura del cuerpo ya que contiene un gran volumen de agua (el plasma), que es un excelente amortiguador del calor y refrigerante. Otra de sus funciones es regular el contenido de agua de las células a través de sus iones de sodio disueltos, por lo que desempeña un papel en el proceso de ósmosis. Es a través del mecanismo de la coagulación que la sangre ayuda a prevenir la pérdida de líquidos cuando se dañan los vasos sanguíneos y los tejidos. Por último, la sangre juega un papel vital en la protección del cuerpo contra microorganismos extraños y toxinas a través de sus células de combate, los leucocitos.

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LA CLASIFICACIÓN DE LAS CÉLULAS SANGUÍNEAS Y LA COMPOSICIÓN DE PLASMA La clasificación más común de los elementos o células de la sangre es: A. Los eritrocitos o glóbulos rojos (GR), que constituyen alrededor del 95% del volumen de las células sanguíneas. B. Los leucocitos o glóbulos blancos (GB) se dividen en dos subcategorías: los leucocitos granulares y los leucocitos no granulares. 1. En el citoplasma de los leucocitos granulares se observan gránulos cuando se tiñen con tinción de Wright. Existen tres tipos: a. Los neutrófilos, que representan entre 60% y 70% de los glóbulos blancos. b. Los eosinófilos que constituyen del 2% al 4% de los glóbulos blancos.

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CAPÍTULO 13 La sangre

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Sangre

tiene una

desarrolla

Estructura específica

Funciones específicas

que incluye

que incluye

Glóbulos rojos

Glóbulos blancos

contiene

protege

Plaquetas

que incluyen

Plasma

Transporte de nutrientes, desechos, hormonas, enzimas

Coagulación

Producción de anticuerpos

Reacciones alérgicas

Destrucción de bacterias y remoción de desechos celulares

Transporte de O2 y CO2

permite Hemoglobina permite

Neutrófilos, monocitos

Basófilos, eosinófilos

Linfocitos

permite provoca causa permite

MAPA CONCEPTUAL 13-1. La sangre.

c. Los basófilos que constituyen del 0.5% a 1% de los glóbulos blancos. 2. Los leucocitos no granulares no muestran gránulos en su citoplasma cuando se tiñen con tinción de Wright. Existen dos tipos: a. Los monocitos, que representan entre 3% y 8% de los glóbulos blancos. b. Los linfocitos, que representan del 20% al 25% de los glóbulos blancos. C. Los trombocitos o plaquetas (Figura 13-2). Tenemos 700 veces más glóbulos rojos en nuestra sangre que glóbulos blancos, y por lo menos 17 veces más glóbulos rojos que plaquetas.

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El plasma es el componente líquido de la sangre, 91% es agua. Aproximadamente 7% son proteínas de albúmina, globulinas y fibrinógeno. La albúmina desempeña un papel en el mantenimiento de la presión osmótica y el equilibrio de agua entre la sangre y los tejidos. Algunos ejemplos de las globulinas son los anticuerpos y el complemento, elementos importantes en la respuesta inmune del cuerpo. Otras globulinas actúan como moléculas de transporte para las hormonas y los llevan a los órganos diana. El fibrinógeno desempeña un papel vital en el mecanismo de la coagulación. El 2% del plasma restante consiste de solutos tales como iones, nutrientes, productos de desecho, gases, enzimas y hormonas. Las técnicas de almacenamiento de sangre fueron desarrollados por el Dr. Charles Drew, un cientí-

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CAPÍTULO 13 La sangre

Glóbulos rojos (eritrocitos)

Plaquetas (trombocitos)

Glóbulos blancos (leucocitos) Leucocitos granulares

Basófilo

Neutrófilo

Eosinófilo

Linfocito

Monocito

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Leucocitos no granulares

FIGURA 13-2. Clasificación de las células sanguíneas.

fico afroestadounidense. Él es mejor conocido por sus investigaciones sobre el plasma sanguíneo. Sus descubrimientos sobre preservación de la sangre llevó a la formación de bancos de sangre en Estados Unidos y Gran Bretaña durante la Segunda Guerra Mundial. Fue director del Banco de Sangre de la primera Cruz Roja estadounidense.

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FORMACIÓN DE CÉLULAS SANGUÍNEAS: HEMATOPOYESIS La formación de células sanguíneas se denomina hematopoyesis y se produce en la médula ósea roja, también conocida como tejido mieloide. Todas las células san-

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CAPÍTULO 13 La sangre

guíneas son producidas por la médula ósea roja. Sin embargo, algunos tejidos linfáticos como el bazo, las amígdalas y los ganglios linfáticos producen leucocitos no granulares (linfocitos y monocitos). Éstos ayudan en la producción de las células sanguíneas. Éstas se desarrollan a partir de células mesenquimales indiferenciadas llamadas células madre o hematocitoblastos (Figura 13-3). Algunas células madre se diferencian en proeritroblastos, que con el tiempo pierden su núcleo y se convierten en glóbulos rojos maduros. Otras células madre se convertirán en mieloblastos, los cuales a su vez se convertirán en promielocitos. Algunas de estas células se convertirán en mielocitos basófilos y madurarán en los basófilos; los demás se convertirán en mielocitos eosinófilos y madurarán en los eosinófilos, mientras que otros se convertirán en mielocitos neutrofílicos que madurarán en neutrófilos. Otras células madre se convertirán en linfoblastos y madurarán hasta convertirse en linfocitos y otras lo harán en monoblastos y madurarán en monocitos. Finalmente, algunas células madre se convertirán en megacarioblastos y se someterán a la mitosis multipolar del núcleo, para madurar en las plaquetas de la sangre. Todas las etapas del desarrollo de células sanguíneas se encuentran en el tejido de la médula ósea roja.

ANATOMÍA Y FUNCIONES DE LAS CÉLULAS SANGUÍNEAS Los eritrocitos aparecen como discos bicóncavos con bordes más gruesos en el centro de la célula, tomando una aparente forma de dona. Éstos no tienen un núcleo y son simples en su estructura. Se componen de una red de proteína llamada estroma, de citoplasma, algunas sustancias lipídicas como el colesterol y de un pigmento rojo llamado hemoglobina que constituye 33% del volumen de la célula. Los eritrocitos contienen alrededor de 280 millones de moléculas de hemoglobina por eritrocito. Debido a que han perdido sus núcleos, éstos no se dividen. Viven aproximadamente 120 días. La función principal de los eritrocitos es unirse con el oxígeno en los pulmones y transportarlo a los diferentes tejidos del cuerpo. Posteriormente, se une con el dióxido de carbono presente en los tejidos y lo transporta a los pulmones para su expulsión del cuerpo. El pigmento hemoglobina permite que esto suceda. La hemoglobina se compone de una proteína llamada globina y un pigmento llamado hemo, que contiene cuatro átomos de hierro. Los átomos de hierro del grupo hemo se combinan con el oxígeno en los pulmones. En los tejidos del cuerpo, el oxígeno se libera y la proteína globina ahora se combina con el dióxido de carbono presente en el líquido intersticial y lo transporta a los pulmones donde es liberado. La hemoglobina que carga el oxígeno es de color rojo brillante, mientras que la hemoglobina carente de él es de un color rojo más oscuro. Un hombre sano tiene aproximadamente 5,400,000 glóbulos rojos/mm3 de san-

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gre y una mujer sana alrededor de 4.8 millones de glóbulos rojos/mm3 de sangre. Debido a la menstruación y la pérdida de sangre, algunas mujeres necesitan más hierro en su dieta para el transporte eficiente de oxígeno. Los leucocitos tienen núcleos pero carecen de pigmento. Su función general es luchar contra la inflamación y la infección. Se les conoce como las células blancas de la sangre por su falta de pigmentación. Son más grandes en tamaño que los glóbulos rojos y son transportados por la sangre a diversos tejidos en el cuerpo. Tienen la capacidad de salir de la sangre y moverse por los tejidos gracias a que presentan movimiento ameboide, es decir el envío de una extensión citoplasmática que se une a un objeto, mientras que el resto del contenido de la célula pasa entonces a esa extensión. De esta manera, los leucocitos atacan los microorganismos invasores y limpian los restos celulares mediante el consumo de este material gracias a la fagocitosis, que significa comer células. Cuando se tiñen con tinción de Wright, el citoplasma de los leucocitos muestra la presencia o ausencia de gránulos. Por lo tanto, los leucocitos se dividen en los leucocitos granulares y los no granulares. Los tres tipos de leucocitos granulares son los neutrófilos, basófilos y eosinófilos. Los dos tipos de leucocitos no granulares son los monocitos y linfocitos. Los neutrófilos son los leucocitos más comunes. Éstos son los glóbulos blancos más activos en respuesta a la destrucción de tejidos por bacterias. Permanecen en la sangre durante unas 12 horas y luego pasan a los tejidos, donde fagocitan las sustancias extrañas y secretan la enzima lisozima para la destrucción de ciertas bacterias. Cuando la pus se acumula en un área de infección, consiste de restos de células, fluidos y neutrófilos muertos. Los monocitos son también fagocíticos, fagocitan bacterias, células muertas o restos celulares. Son los leucocitos de mayor tamaño. Después de salir de la sangre y entrar en los tejidos, éstos aumentan de tamaño y entonces se conocen por el nombre de macrófagos. Los eosinófilos combaten sustancias irritantes, como el polen o pelo de gato que causan alergias. Éstos producen los antihistamínicos. Sus secreciones químicas también atacan algunos gusanos parásitos en el cuerpo. Los basófilos también están involucrados en las reacciones alérgicas, liberan heparina (un anticoagulante), histamina (una sustancia inflamatoria) y serotonina (un vasoconstrictor) en los tejidos. Los linfocitos están involucrados en la producción de anticuerpos y desempeñan un papel crucial en la respuesta inmune del cuerpo. Son los leucocitos más pequeños. Existen varios tipos de linfocitos: los B y los T, que se explican en el Capítulo 15. Están involucrados en el control de las células cancerosas, la destrucción de microorganismos y parásitos, y en el rechazo de los implantes de tejido externo. Los leucocitos son mucho menos numerosos que los glóbulos rojos, en promedio de 5000 a 9000 por mm3 de sangre. Pueden fagocitar sólo un cierto número de sustancias antes de que estos materiales interfieran

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CAPÍTULO 13 La sangre

Célula madre hematopoyética

Rubriblasto (proeritroblasto)

Mieloblasto

Prorrubricito

Rubricito

Monoblasto

Promielocito (progranulocito)

Mielocito eosinofílico

Mielocito neutrofílico

Promonocito

Linfoblasto

Prolinfocito

Megacarioblasto

Promegacariocito

Mielocito basofílico Megacariocito