Sistemas que integran y coordinan el funcionamiento de los distintos órganos y sistemas de los animales

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SISTEMAS DE CONTROL

FISIOLÓGICO

Daniella Agrati AsistenteSección Fisiología y Nutrición Facultad de Ciencias

Universidad de la República Oriental del Uruguay [email protected]

Sistemas que integran y coordinan el funcionamiento de

los distintos órganos y sistemas de los animales…

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RESPIRACIÓN: aumento de la frecuencia.

CARDIOVASCULAR: aumento de frecuencia cardíaca y redistribución del flujo sanguíneo (mayor a cerebro y músculos).

INTEGRACIÓN DE LAS DISTINTAS FUNCIONES DE

UN ANIMAL

ACTO MOTOR: contracción y distensión alternada de diferentes músculos en un patrón temporal y espacial determinado.

RETROALIMENTACIÓN SENSORIAL: inicio y retroalimentación.

SISTEMAS

FISIOLÓGICOS DE CONTROL

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ORGANIZACIÓN DE LA CLASE

1- SISTEMAS DE CONTROL FISIOLÓGICO: sistema nervioso y sistema endócrino

2-ORGANIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL SN

3-EL SN EN DISTITNOS ANIMALES. SU EVOLUCIÓN.

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1- SISTEMAS DE CONTROL

FISIOLÓGICO

sistema nervioso y sistema endócrino

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SISTEMA NERVIOSO

Constelación organizada de células neuronales (NEURONAS) especializadas para la conducción repetida de un estado excitado desde sitios receptores o desde otra neurona a efectores u otras neuronas T Bullock 1965

INTEGRA y COORDINA la respuesta de los organismos frente : estímulos internos organismo

estímulos externos medio

SENSA INTEGRA RESPONDE 1

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SISTEMA NERVIOSO

• MANTENER EL ½ INTERNO O CIERTAS VARIABLES DEL ½ INTERNO CONSTANTES (a pesar que varíe el ½ externo)

Por ejemplo: oxígeno, glucosa, pH, electrolitos, temperatura

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SISTEMA NERVIOSO

Ej. control de T corporal en animales ENDOTERMOS por retroalimentación negativa

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SISTEMA NERVIOSO: integrador y comunicador

•MANTENER EL ½ INTERNO O CIERTAS VARIABLES DEL ½ INTERNO CONSTANTES (a pesar que varíe el ½ externo)

•RESPONDER AL ½ EXTERNO (e incluso anticiparnos- de INTROBIOL…)

SENSA INTEGRA RESPONDE (comunicar) 1

Respuestas de escape, caza, comunicación, manipulación del ½, etc…

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SISTEMA ENDÓCRINO: comunicador

Conformado por células y conjuntos de células (GLÁNDULAS) que secretan sustancias químicas (HORMONAS) a la circulación.

Folículo tiroideo 1

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SISTEMA ENDÓCRINO COMUNICADOR CELULAR

•Hormonas “viajan” a todo el organismo por el sistema circulatorio.

• Regula diversas funciones del organismo: metabólicas, reproductivas, crecimiento, etc.

COORDINADOR del funcionamiento de diferentes sistemas. COORDINADOR del funcionamiento de diferentes sistemas.

ej. Respuesta de Estrés: glándulas adrenales

gluococorticoides diferentes órganos 1

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SISTEMAS DE CONTROL FISIOLÓGICO

SISTEMA NERVIOSO SISTEMA ENDÓCRINO

unión especializada sistema circulatorio Expansiva “Económica” Rápidas Precisas

sistemas y aparatos digestivo,

respiratorio, excretorio, reproductor… actividad de músculos y glándulas

EFECTORES actividades difusas y prolongadas resolución temporal y espacial 1

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2- ORGANIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO

GENERAL DEL SISTEMA NERVIOSO

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NEURONAS

Células que conforman la unidad anatómica y funcional del

SN.

Compartimientos estructurales especializados: Dendritas Tinción de Golgi Soma Axón 2

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NEURONAS

Dendritas Soma Axón RECEPCIÓN e INEGRACIÓN COMUNICA-CIÓN

2-

generan y transmiten

SEÑALES ELÉCTRICAS

excitables y conductoras

Tinción de Golgi

1- Lasneuronas se conectan entre si por contactos especializados llamados SINAPSIS

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ORGANIZACIÓN JERÁRQUICA EN NIVELES

Distintos niveles de procesamiento de la información… -entrada -integración -transmisión -neuronas aferentes -inter-neuronas -neuronas eferentes Forman Forman Forman CIRCUITOS SISTEMAS SENSORIALES SISTEMAS DE PROCESAMIENTO SISTEMAS MOTORES Forman SISTEMAS 2

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3- EL SISTEMA NERVIOSO EN DISTINTOS

ANIMALES

SU EVOLUCIÓN

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¿TODOS LOS ANIMALES TIENE SISTEMA NERVIOSO (SN)?

Esponjas de mar (Porifera) Carecen de SN, sin embargo ...

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¿CUÁNDO APARECIERON POR PRIMERA VEZ LAS NEURONAS?

Anémona marina (Cnidaria)

Agua vivas (Cnidaria)

• 1 neurona

•2 neuronas:

sensorial y motoneurona ESPECIALIZACIÓN

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Algunas agua vivas (Cnidaria) y los moluscos poseen organización más compleja.

•3 neuronas o más:

-sensorial, procesamiento y motoneurona ESPECIALIZACIÓN -red intermedia de neuronas que integran información

ASOCIACIÓN

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•Neuronas de metazoos son muy similares, si bien: INVERTEBRADOS predom. MONOPOLARES. VERTEBRADOS predom. MULTIPOLARES

¿CÓMO CONTINÚAN DIFERENCIÁNDOSE LOS SN?

•En la evolución del SN los mayores cambios han sido en la

ESPECIALIZACIÓN y aumento de COMPLEJIDAD de la ORGANIZACIÓN.

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Cnidarios

En el Filo más antiguo con SN SN RETICULADO

SN DIFUSO

•Redes de neuronas sin concentración discernible.

•Entrada sensorial y salida motora, sin integración central.

ORGANIZACIÓN DEL SN:

DE DIFUSOS A CENTRALIZADOS

Cnidarios SN RETICULADO central.

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SN CENTRALIZADO

•Concentración interna de neuronas de procesamiento.

•Funciones especializadas en núcleos o ganglios (acúmulo de neuronas).

•Acompañada de CEFALIZACIÓN creciente.

DE DIFUSOS A CENTRALIZADOS

Platelmintos

Filo BILATERAL más antiguo centralización y cefalización

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Platelmintos ORGANIZACIÓN DEL SN: DE DIFUSOS A CENTRALIZADOS SN GANGLIONAR ventral y sólido SEGMENTACIÓN

cierto grado de control sensorial y motor por segmentos

CEFALIZACIÓN

concentración de estructuras y funciones en la parte anterior

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Artrópodos

SN GANGLIONAR ventral y sólido

•Ganglios cefálicos ORGANIZACIÓN DEL SN:

AUMENTO DE LA CENTRALIZACIÓN Y CEFALIZACIÓN

•CENTRALIZACIÓN MÁXIMA División de SN Central (procesamiento) y Periférico (aferencias y eferencias) Protocerebro- ojos Deuterocerebro -antenas y olfato Tritocerebro -piezas bucales •Cuerda nerviosa ventral 3 •AUMENTO DE CEFALIZACIÓN

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ENCÉFALO Vertebrados

Grado máximo de cefalización

SN ENCEFÁLICO

tubo neural dorsal y hueco/ columnar

AUMENTO DE LA CEFALIZACIÓN

MÉDULA

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SN ENCEFÁLICO/COLUMNAR de vertebrados SN GANGLIONAR de invertebrados bilaterales SNC: •neuronas en ganglios cefálicos + segmentarios (CNV) conectados entre si •posición ventral SNC: • neuronas en un continuo (encéfalo + médula) •posición dorsal •posición ventral 3

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SN ENCEFÁLICO/COLUMNAR de vertebrados SN GANGLIONAR de invertebrados bilaterales SUST. GRIS integración con somas SEGMENTO MEDULAR NEUROPILO integración GANGLIO TRACTOS HUECO:

epéndimo SUST. BLANCA

integración sin somas

MACIZO

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TENDENCIAS EVOLUTIVAS EN LA ORGANIZACIÓN DEL SN

•INTERNALIZACIÓN disposición sub-epitelia

•CENTRALIZACIÓN SN Central-integrador

SN Periférico -aferencias (sensoriales) y SN Periférico -aferencias (sensoriales) y eferencias (motoras)

•CEFALIZACIÓN ganglios cefálicos y encéfalo ejercen cierto grado de control sobre los ganglios

segmentarios y los segmentos medulares.

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CONVERGENCIA EVOLUTIVA EN LA ORGANIZACIÓN DE LOS SN

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Cephalopodos

PULPOS gran desarrollo de capacidades motoras, sensoriales y cognitivas,

similares a vertebrados…

organización de su SN muy similar a vertebrados…

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Cephalopodos

organización de su SN muy similar a vertebrados: •aumento de masa nerviosa/masa corporal e importante cefalización:

•aumento de masa nerviosa/masa corporal e importante cefalización: mayor que peces y reptiles

•áreas especializadas en distintas funciones con arquitectura similar

a vertebrados:

-ganglio óptico organizado como la última capa de la retina de vertebrados - uno de los ganglios motores organizado como el cerebelo de vertebrados

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•

El SN surge como un tejido especializado en responder a cambios en el medio.

•

Ésto le brinda a los animales, de forma creciente en relación al incremento de complejidad, versatilidad en su respuesta, con el consecuente aumento en la capacidad de adaptación…

•

La organización del SN determinar el comportamiento de los animales (ejemplo pulpo vs vertebrados),

•

Sin embargo, esta organización, en muchos aspectos, es plástica:

“Behavior is the product of Nervous System organization and is also the agent in modeling that organization” (Shepard, 3era edición)

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4- INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS

SENSORIALES

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El “mundo” no es el mismo para una serpiente que para un primate…¿por qué?

La PERCEPCIÓN SENSORIAL del mundo depende de:

1. qué energía del medio (y rango) somos capaces de DETECTAR 2. así cómo de la INTERPRETACIÓN de la misma por el SNC

MUNDO PERCEPTUAL (Merkwelt)

Cada animal tiene su propio mundo perceptual y este mundo difiere de su entorno tal cual nosostros lo percibimos, lo cual es lo mismo que decir: de nuestro propio mundo perceptual”…

Timbergen, 1951

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PROCESAMIENTO SENSORIAL ENERGÍA RECEPTOR ÓRGANO SENSORIAL LUZ-ondas electromagnéticas

FOTORECEPTOR-especializado en captar luz y transformarlo en una señal eléctrica

OJO de

vertebrados-Fotoreceptor+ ojo + vías hacia y dentro del SNC SISTEMA SENSORIAL OJO de vertebrados-estructura anatómica especializada donde se encuentran los fotoreceptores 4

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Recepción sensorial comprende :

ABSORCIÓN absorber la energía, genera un cambio en el receptor

TRANSDUCCIÓN convertirla en señal eléctrica

PROCESAMIENTO SENSORIAL

AMPLIFICACIÓN de la señal receptorial

CODIFICACIÓN/TRANSMISIÓN

transmisión hacia el SNC de un número y frecuencia X de potenciales de acción en función de la intensidad de la señal

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ENERGÍA RECEPTOR ESTÍMULO PERCIBIDO

ELECTRO-MAGNÉTICA

fotoreceptores Luz visible

electroreceptores Campo eléctrico ALGUNOS EJEMPLOS SENSORIALES

eléctrico

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ALGUNOS EJEMPLOS SENSORIALES

ELECTRORECEPCIÓN ACTIVA

ej SISTEMA SENSORIAL ACTIVO

Gymotus sp y Brachypopomus sp

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ENERGÍA RECEPTOR ESTÍMULO PERCIBIDO

TÉRMICA _{termoreceptores} Calor/Frío

quimioreceptores Olfato, gusto, QUÍMICA

ALGUNOS EJEMPLOS SENSORIALES

MECÁNICA mecanoreceptores Tacto, presión,

sonido, equilibrio, distensión muscular quimioreceptores Olfato, gusto,

CO2, O2, etc. QUÍMICA

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Detectar el estímulo- SENSAR

Proceso por el cual los receptores sensoriales detectan información proveniente de los estímulos y la transmiten al SNC.

LA PERCEPCIÓN SENSORIAL ES UN PROCESO CONSTRUCTIVO

4

Interpretación del estímulo-PERCIBIR

Asignar sentido a la sensación, implica la interpretación de las sensaciones

(41)

LA PERCEPCIÓN SENSORIAL ES UN PROCESO CONSTRUCTIVO: ILUSIONES VISUALES CÓMO PRUEBA EMPÍRICA

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LA PERCEPCIÓN SENSORIAL ES UN PROCESO CONSTRUCTIVO: ILUSIONES VISUALES CÓMO PRUEBA EMPÍRICA

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Detectar el estímulo- SENSACIÓN (determinada energía y rango) Proceso por el cual los receptores sensoriales detectan información

proveniente de los estímulos y la transmiten al SNC. PERCEPCIÓN SENSORIAL Forma de entender el mundo

4

Interpretación del estímulo-PERCEPCIÓN

Asignar sentido a la sensación, implica la interpretación de las sensaciones

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ORGANIZACIÓN DE LA CLASE

1- SISTEMAS DE CONTROL FISIOLÓGICO: Sistema nervioso y sistema endócrino

2-ORGANIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL SN

3-EL SN EN DISTITNOS ANIMALES. SU EVOLUCIÓN.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Fisiología Animal. Hill, Wyse y

Anderson.

Capítulo 10: Control neurológico y endócrino y sistema nervioso (NO

reloj biológico)

Capitulo 13: Procesos sensoriales-Organización de los sistemas

sensoriales sensoriales

On the origins of the nervous

system. Miller G. Science, vol 325, 2009.

Binyamin et al.,. The Octopus: a

model for comparative analysis of the evolution of learning and emory mechanisms. Marine Biological Laboratory, 2006.