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¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 7
SISTEMA MUSCULAR, RECEPTORES SENSORIALES Y DE MEMBRANA

Bienvenido. En este capítulo continuaremos profundizando en los conceptos más importantes relacionados con la fisiología animal. Esta vez aprenderemos cómo funciona nuestro sistema muscular, nuestros receptores sensoriales y de membrana, nuestros ojos, boca y oídos, y, más allá, qué mecanismos y moléculas usa nuestro cuerpo para funcionar. ¡Es apasionante! Ya veréis.


I niciaremos este capítulo comentando algo importante. Veréis, el tejido muscular, a diferencia del tejido nervioso, NO es capaz de transmitir la información "en cadena", pasando de célula a célula, sino que esa información acaba en la misma célula que es excitable. ¿Cómo? ¡David, ya empezamos...! ¿Qué quieres decir? Pues veréis, si recordamos el primer capítulo sobre fisiología animal (Sistema Nervioso), cuando la neurona liberaba sus neurotransmisores, es decir, cuando llegaba una señal a la célula muscular, provocaba una contracción muscular. Pero, sin la llegada de la señal, el músculo no puede funcionar por sí solo. Necesita la señal que le transmite la neurona para poder coordinar el movimiento con nuestro cerebro y el resto de nuestro cuerpo.

Antes de seguir, visualiza el vídeo: Mecanismo de la contracción muscular para recordar o aprender nuevos conceptos importantes. Después hablaremos sobre ello.

S i os fijáis, en la siguiente imagen, podréis ver este proceso que os comentamos dónde una neurona transmite una señal a una fibra muscular. Para empezar, tenéis que saber que existen dos prefijos distintos para designar a las células musculares. El primer prefijo es "MIO" y hace referencia al tejido muscular como, por ejemplo, miocardio o, lo que es lo mismo, las socialmente conocidas como células cardíacas. El segundo prefijo es "SARCO y hace referencia a, por ejemplo, el sarcoplasma, que es el líquido del interior de las células musculares o el sarcolema que es el nombre con el que definimos a la membrana de la célula muscular.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synapse_diag3.png

Fibra muscular y unión neuromuscular: 1 = Axón, 2 = Unión neuromuscular, 3 = Fibra muscular (miocito), 4 = Miofibrilla

A demás de lo que os acabamos de explicar, también es importante que sepáis que la parte del músculo que se une al hueso se conoce como tendón, mientras que a la parte más "carnosa", es decir, el músculo propiamente dicho, está formado por un fajo de fibras de células musculares. Dicho de palabra parece complicado pero si observáis la siguiente imagen lo entenderéis perfectamente. Como veis, una fibra muscular o miofibrilla está formada por distintas partes. Si os fijáis, existe una estructura repetitiva llamada sarcómero. Ese sarcómero se divide a su vez en dos grandes bandas conocidas como Banda A (más oscura) y, la segunda, Banda I (más clara). Además, el sarcómero se divide por una región llamada DiscoZ y también existe una región importante dentro de la Banda A llamada zona H. No os preocupéis, poco a poco iremos hablando de estas regiones. Observad la siguiente imagen y sigamos aprendiendo.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sarcomere.jpg

Las partes de la miofibrilla: S = sarcómero, A = banda A, I = banda I, H = zona H, Z = línea Z, M = línea M

By Sarcomere.svg: David Richfield (Slashme user) derivative work: Retama (Sarcomere.svg) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Modelo del deslizamiento filamentoso en el proceso de contracción muscular.

C omo os habrá explicado vuestro profesor, el músculo esquelético está formada por una alternancia de bandas oscuras y claras que se observan cuando miramos una miofibrilla. Esa es la razón por la que al músculo esquelético también se le llama músculo estriado. Estas "estrías", debido a las proteínas contráctiles, están ordenadas de forma regular. Esta forma regular consiste en una estructuración concreta de dos proteínas. La primera proteína que interviene es la llamada actina o "filamento delgado y, la segunda proteína importante es la llamada miosina o "filamento grueso". A modo de ejemplo, en la siguiente imagen podemos observar el cambio conformacional que tiene lugar en la molécula de miosina durante el proceso de contracción muscular. Como veis, la molécula es capaz de realizar un simple cambio pero, de forma controlada, es suficiente para realizar con gran eficacia el proceso de contracción muscular y, recordad, es una proteína que la naturaleza ha diseñado para realizar justo esa función. Del mismo modo, la molécula actina también es muy importante y más tarde hablaremos sobre ella.

By Toshio Ando (Biocurious.com) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Moléculas de miosina sufriendo un cambio conformacional en tiempo real. La imagen ha sido realizada mediante una técnica híbrida de AFM con microscopía de fluorescencia de reflexión total

S obre la molécula de actina, tenéis que saber que es una proteína globular que adquiere una forma de doble hélice formada por pequeñas moléculas globulares polimerizadas en forma de cadena como estructura cuaternaria. ¿Qué? ¡David! Tranquilos, más adelante, cuando os enseñemos cómo se dividen y estructuran las proteínas, volveremos aquí y lo entenderéis perfectamente. Si simplificamos el vocabulario podríamos decir que la proteína actina está formada por un seguido de aminoácidos (que es la estructura básica de las proteínas) que le dan una estructura muy curiosa que adquiere, por si misma, una estructura de doble hélice. Además, si recordáis, la polimerización era la unión de moléculas para dar lugar a una de mayor tamaño y de forma estructurada. Si os imagináis una cadena formada por muchas arandelas idénticas entendéis perfectamente la función de la molécula de actina aunque, en este caso, no tiene una forma de arandela sino la que os mostramos en la siguiente imagen. Como podéis imaginar, será una proteína muy fuerte capaz de resistir grandes esfuerzos. Su función será esa, servir de armazón a nuestros músculos para poder contraer el músculo sin que, más tarde, al relajar el músculo, haya sufrido ninguna rotura o lesión. ¿Imagináis el esfuerzo que deben de sufrir algunos de nuestros músculos para mantenernos en pie casi sin cansarnos? En verdad ni lo notamos pero muchos de nuestros tejidos musculares están en una contracción permanente hasta que nos sentamos o descansamos. Eh ahí la gran importancia de relajarnos, descansar y volver a recuperar fuerzas. ¡Sigámos!

By derivative work: Retama (talk) Thin_filament_formation.svg: Mikael Häggström (Thin_filament_formation.svg) [Public domain], via Wikimedia Commons

Mecanismo de polimerización de la actina G a actina F; nótese la hidrólisis del ATP.

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Células endoteliales de la arteria pulmonar bovina bajo el microscopio. Los núcleos se tiñen de color azul con DAPI, los microtubles se marcan en verde por un anticuerpo unido a FITC y los filamentos de actina se marcan de rojo con la faloidina unida a TRITC.

C uando la actina se encuentra como monómero en forma libre, se la llama actina G. En cambio, cuando forma parte de polímeros lineales se la conoce como microfilamentos o actina F, esenciales para funciones celulares como la movilidad o la contracción de la célula durante la división celular. Cabe destacar que la actina supone un elevado porcentaje del contenido proteico de una célula y, por lo tanto, del cuerpo humano y que, además, su secuencia genética está enormemente conservada entre especies, es decir, que ha cambiado muy poco a lo largo de la evolución. Como veremos más adelante, una proteína puede tener distintas funciones y, en este caso, la actina tiene dos características importantes. Por un lado, es una enzima que hidroliza ATP, es decir, que es capaz de usar energía en forma de ATP (la moneda de energía de una célula) para realizar su función y ayudar en procesos biológicos. Ahora bien, al mismo tiempo que usa el ATP como fuente de energía, también lo necesita como molécula para mantener su integridad estructural. Esta molécula, la actina, también es capaz de interaccionar con muchas otras proteínas que le permiten desempeñar variadas funciones relacionadas con casi todos los procesos celulares. En la imagen anterior, por ejemplo, hemos visto como la actina es capaz de interaccionar con la molécula de miosina con facilidad. Es más, cuando la actina se estructura en microfilamentos, es capaz de proporcionar un andamio que confiere forma a una célula con la capacidad de remodelarse rápidamente en caso de necesitar adaptarse a una respuesta o frente a señales del organismo. A modo de ejemplo, la actina es capaz de estructurarse para aumentar la superficie celular si el cuerpo necesita una mayor absorción o, por ejemplo, actuar como soporte físico de adhesión para que las células puedan formar tejidos. Además, sobre este andamio se pueden anclar, unir o fusionar otras proteínas, otros orgánulos o, incluso, participar en la creación de los motores celulares para producir el movimiento o ayudar en el desarrollo embrionario o en la reparación de las heridas. Es una proteína tan antigua que aún la podemos encontrar en algunas células procariotas.

P ensad en aquel concepto tan importante del que hablamos en el capítulo 1. ¿Recordáis? La célula y nuestro cuerpo SIEMPRE está en movimiento y no debemos de olvidarlo. Por eso es tan importante que entendáis cómo nuestras células están en constante movimiento y que conozcáis las principales proteínas que intervienen en ese proceso, como por ejemplo la actina y la miosina. Ya sabemos que la célula NO es una ciudad vacía. Es decir, en realidad, aunque no podamos verlo a simple vista, cada una de nuestras células contiene un universo de vida que se desarrolla gracias a un programa al que llamamos genoma humano que contiene toda la información necesaria para vivir.

Antes de seguir, para recordad el constante movimiento que hay dentro de nuestro cuerpo y de nuestras células, visualiza el vídeo: La célula 3D

R ecordad que muchas enfermedades están causadas por mutaciones en el gen de la actina o en alguna de las proteínas que se relacionan con ella. Las mutaciones en el gen de la actina o en sus proteínas asociadas pueden ocasionar miopatías, es decir, variaciones en el tamaño y función del corazón o sordera.

By josiño (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
By DrJanaOfficial (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

Flujo vascular a través de las cámaras cardíacas y una animación que representa el latido de un corazón humano abierto.

E n cuanto a la proteína miosina, debéis saber que, en lugar de adquirir una estructura globular como la actina, es de otro tipo. En el caso de la proteína miosina, adquiere una conformación curiosa que le confiere la capacidad de realizar un cierto juego de movimiento, es decir, puede rotar una parte de la proteína hasta un cierto ángulo tal y como veíamos a tiempo real en un vídeo anterior dónde las moléculas de miosina sufrían un cambio conformacional. Recordad, la miosina ¡NO es rígida gracias a su plegamiento (estructura tridimensional) que le confiere la propiedad de "moverse"! Esta conformación tan curiosa le permite unirse a, por ejemplo, la proteína actina y estirarla durante la contracción. Cuando eso sucede, la actina se va desplazando hacia el centro y después de la contracción vemos el sistema solapado. Es muy sencillo, si miráis la imagen con las bandas I y H entenderéis que cuando el espacio se reduce, también se acorta la miofibrilla y ese proceso da lugar a que se acorte la fibra y, en consecuencia, también se acorta el músculo. Así de fácil es la contracción gracias a estas dos proteínas llamadas actina y miosina. ¡Vaya par! Además, también tenéis que saber que el enlace actina-miosina se produce gracias a los iones Ca2+, con lo cual, los iones Calcio son imprescindibles y son la base de la contracción muscular. Cuando NO hay Calcio (Ca2+), la miosina y la actina estarán en reposo, es decir, en su forma abierta, relajada. Cuando aparece el Calcio (Ca2+), en cambio, este se une al complejo actina-miosina liberando la proteína llamada topomiosina que estaba bloqueando la unión (en reposo) de forma que ahora la actina y la miosina ya se podrán unir perfectamente. No os preocupéis, más adelante lo explicaremos paso a paso.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Skeletal_muscle.jpg

Esquema jerárquico de los músculos.

¿ Pero? mh ... ¿El Calcio cuando aparece? ¿De dónde viene? Pues es bien sencillo. Cuando hablamos, en el capítulo anterior, del sistema nervioso, os expliqué que era un sistema muy importante. Pues bien, es precisamente ahora cuando algunas zonas neuroendocrinas excitables del sistema nervioso intervienen, son los llamados Receptores. Veréis, los receptores son células excitables (neuronas) modificadas. Cuando hablamos de receptores fisiológicos sensoriales y de todos los tipos en general, podremos diferenciar 2 grandes familias de receptores. A los primeros se les conoce como Receptores de Membrana y, normalmente, son proteínas que reconocen específicamente una estructura o molécula a la que se unirá. Son específicos para un cierto tipo de moléculas como, por ejemplo, las hormonas o un neurotransmisor.

By Peter Znamenkiy (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Ejemplo de una ruta de señalización (Jak/Stat) mediante un Receptor de Membrana de Citoquinas, un conjunto de proteínas que regulan interacciones de las células del sistema inmune cuya función inmunorreguladora es clave para la respuesta inmune, la inflamación y la hematopoyesis de distintos tipos celulares.

Antes de seguir, visualiza el vídeo: Unión Neuromuscular Subtitulada donde podremos ver y recordar algunos de los conceptos que acabamos de explicar.

E n cuanto a los Receptores Sensoriales me gustaría que los vierais como los sensores más increíbles que jamás os pudierais llegar a imaginar. Más adelante, en otros capítulos, os hablaré ampliamente sobre ellos pero, ahora mismo, quiero que sepáis que los receptores sensoriales son capaces de captar y transmitir estímulos externos a la propia célula.

Antes de seguir, visualiza el vídeo: La Neurona y transmisión sináptica. Creo que ayuda en gran medida a sintetizar todo lo que hemos visto hasta ahora.

Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=Xgk829y8EUM&t=63s

By user:Looie496 created file, US National Institutes of Health, National Institute on Aging created original [Public domain], via Wikimedia Commons

Ilustración de los principales elementos involucrados en la transmisión sináptica. Una ola electroquímica denominada potencial de acción viaja por el axón de una neurona. Cuando la ola alcanza una sinapsis, provoca la liberación de neurotransmisores, que conectan el axón con la otra neurona.

R especto a las características de los receptores sensoriales, tenéis que saber que ¡son específicos para un determinado tipo de energía! Es decir, que, por ejemplo, los receptores de fotones solamente pueden captar energía lumínica como es el caso de algunos de los receptores que nos encontramos en la retina del ojo.

By en:User:Delta G.  Although it was created in en:Sodipodi, for some reason it was not uploaded as a vector image. And Jmarchn [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Dibujo esquemático del ojo humano.

Además, los receptores son adaptables, es decir, que en general cuando un estímulo es constante y de la misma intensidad, dejamos de enviar potenciales de acción porqué se adaptan. Por ejemplo, si lo pensáis, no nos damos cuenta que llevamos la ropa puesta al cabo del día. Pero, en cambio, si sentimos el tacto de la ropa al ponérnosla por la mañana. ¡Precisamente se debe a este proceso de adaptabilidad! Ahora os hablaré de algo muy importante. Veréis, existe un tipo de receptores que son una excepción y que NO se adaptan jamás, los llamados nocireceptores que son los receptores del dolor y, por lo tanto, es muy importante que no se adapten. ¿Por qué? Pues porque su función es la de detectar aspectos que pueden alterar la integridad del individuo, es decir, deben detectar situaciones en las que podemos estar en peligro, como, por ejemplo, una quemadura o una hemorragia interna. Si se adaptaran al dolor podríamos llegar a morir ya que nuestro cuerpo no reaccionaría a, por ejemplo, una hemorragia interna en caso de accidente. Ahora bien, lo que si tenemos son elementos analgésicos cuya función es la de disminuir el dolor, atenuarlo, pero NO a nivel de receptor. La tercera característica importante de los receptores es que su función es transformar la intensidad de energía que les llega en frecuencias de potenciales. Me explicaré. En la retina del ojo, por ejemplo, se capta la energía lumínica y se envía al sistema nervioso central (el cerebro) en forma de potenciales.

By Greyson Orlando [Public domain], from Wikimedia Commons

Dilatación de la pupila.

En el oído, por ejemplo, se capta energía en forma de vibración y, si lo pensáis bien, en la nariz captamos los "olores" pero en realidad lo que sucede es que ¡nuestros receptores son capaces de "captar" energía química! Tal cual, algunos receptores se unirán a algunas moléculas del alimento o el perfume y, esa unión, dará lugar a un un potencial que será interpretado por nuestro cerebro.

By Chabacano [CC BY-SA 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

Sistema olfatorio humano. 1 = Bulbo olfatorio, 2 = Células mitrales, 3 = Hueso, 4 = Epitelio nasal, 5 = Glomérulo olfatorio, 6 = Receptores neuronales olfatorios.

EAhora hablaremos de estos tres sentidos y veréis como su funcionamiento y precisión es increíble. ¡Sigamos!

By Thomas Shahan (Adult Male Hentzia palmarum Jumping Spider) [CC BY 2.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons

Imagen frontal de una araña saltadora en la que pueden distinguirse 4 de sus 8 ojos.

C omo acabamos de explicar, los receptores transforman las energías en potenciales, mientras que el cerebro es quien interpreta y elaborará una respuesta mediante el análisis de la información recibida. Como veis, un autentico procesador de datos en forma de impulsos eléctricos. Para poder enviar información con mucha precisión, lo que sucede, es que en realidad la intensidad del estímulo no se enviará como tal, sino como una frecuencia. Es decir, a más intensidad de estímulo, más potenciales de acción o, lo que es lo mismo, más frecuencia. Me explicaré. Si, por ejemplo, el sistema nervioso central de nuestro cuerpo recibe una alta frecuencia de potenciales de acción, es decir, una gran cantidad de potenciales en poco tiempo, el cerebro interpreta que la intensidad del estímulo ha sido elevada y, el mismo proceso sucede a la inversa en el caso contrario. Es decir, si nuestro cerebro recibe una baja frecuencia de potenciales de acción, es decir, una pequeña cantidad de potenciales en poco tiempo, el cerebro interpretará que la intensidad del estímulo ha sido baja. Así de fácil. Tened en cuenta que se suelen encontrar un número variable de distintos receptores en distintos sitios, no os imaginéis que están solos y aislados porqué no es así. En nuestra retina, por ejemplo, encontramos muchas filas de receptores y, de forma parecida, también podemos encontrar una gran variedad de receptores distintos en nuestra piel, labios o dedos. Para aún incrementar más la precisión de la señal, algunos receptores al recibir un estímulo son capaces de bloquear receptores vecinos para que no se activen sin querer de manera que, al llegar la señal al final, es decir, al cerebro, es capaz de saber con gran exactitud la región exacta que ha recibido el estímulo.

By Tomwsulcer (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons

La inhibición lateral se puede utilizar en la visión. Si una señal procedente de la izquierda (tres flechas azules) activa las tres neuronas (A, B y C), pero afecta a B con la señal más fuerte o primero, entonces B se dispara hacia la derecha por el axón pero también envía señales a las neuronas A y C (Flecha roja rota) para no activarse. El resultado es una señal más aguda (flecha rosa).

Antes de seguir, visualiza el vídeo: Los Sentidos (breve explicación). Después seguiremos hablando de lo que veremos ahora en el vídeo. No os preocupéis si hay conceptos que no entendéis. Poco a poco los iremos revisando.

C hicos, a partir de ahora os hablaré de distintos tipos de receptores. Primero hablaremos de los Mecanoreceptores, después de los Quimioreceptores, los Termoreceptores, los Fotoreceptores y, finalmente, los Nocireceptores. Para empezar, los mecanoreceptores se caracterizan por transformar la energía mecánica en potenciales. Existen de distintos tipos entre los que cabe destacar cinco tipos importantes. Los receptores del tacto (en la superficie) y los receptores de presión (un poco más profundos). En este caso podemos hablar de distintos tipos de mecanoreceptores. Los tres más importantes son conocidos como Corpusclo de Panini que detectan vibraciones. En este caso la velocidad de trasmisión está entre 30 y 70 m/s y se especializan tanto en detectar vibraciones como presiones. El disco de Markel es más preciso y detecta vibraciones y, finalmente, el Corpusclo de Meisserer se encuentran más superficialmente que los discos de Merkel y también detectan vibraciones. A la práctica, si la vibración es constante y se mantiene, el corpusclo de Meissners deja de enviar señales.

By The Photographer [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Tacto humano. El sentido del tacto es aquel que permite a los organismos percibir cualidades de los objetos y medios como la presión, temperatura, áspero o suavidad, dureza. En la piel se encuentran diferentes clases de receptores nerviosos que se encargan de transformar los diferentes tipos de estímulos del exterior en información susceptible para ser interpretada por el cerebro. La piel se divide en tres capas: epidermis, que es la capa superficial, la dermis y la hipodermis que es la capa más profunda. La epidermis está constituida por tejido epitelial y en su estrato basal o germinativo encontramos la denominada melanina, que es el pigmento que da color a la piel, y la dermis por tejido conjuntivo. En esta capa encontramos los anejos cutáneos que son las glándulas sebáceas, las glándulas sudoríparas, el pelo y las uñas y la hipodermis formada por tejido conjuntivo adiposo. Debemos tener en cuenta que aunque principalmente el sentido del tacto se encuentra en la piel, también lo encontramos en las terminaciones nerviosas internas del organismo, pudiendo percibir los altos cambios de temperatura o el dolor. Por lo que es el más importante de los cinco sentidos permitiéndonos percibir los riesgos para nuestra salud tanto internos como externos. La parte que gobierna el tacto en el cerebro es el lóbulo parietal.

También son muy importantes los mecanoreceptores que se encuentran en el corazón encargados de detectar la presión. En este caso, a estos mecanoreceptores se les conoce como varoreceptores y se encuentran localizados en la aorta y en las carótidas. Los receptores del movimiento muscular cuya misión es la de detectar cuando un músculo se estira o se acorta y, si el movimiento no es bueno, avisa al cerebro para que lo modifique. Los receptores del equilibrio y de posición que son capaces de detectar si vamos adelante o atrás, si giramos o no. Los receptores del equilibrio son capaces de detectar la aceleración lineal y la aceleración angular gracias a dos tipos de receptores distintos. Estos receptores se encuentran en el utriole y en el saculo. El caso es que la recepción se basa en la diferencia entre densidades de una capa de sustancia gelatinosa llamada endolinfa y unas "piedrecitas" formadas a partir de moléculas de carbonato cálico (CaCO)3. Cuando vamos adelante o atrás las "piedrecitas" se desplazan y la "gelatina" también pero, en este caso, más lentamente. Esta diferencia ejerce un efecto que hace que unas dendritas se desplacen y transmitan una señal a través de un axón. La estructura de recepción de la aceleración angular se basa en receptores situados en las tres direcciones del espacio para poder detectar las rotaciones en cualquier angulo. Para ser específicos, están localizados en los canales semicirculares. Pensad. ¡Tenemos dos oídos! Con lo cual, llegan dos señales por duplicado a nuestro cerebro pero a distinto tiempo. De esta manera el cerebro es capaz de calcular el giro que hemos realizado con gran exactitud. Todos estos receptores del equilibrio y la posición se encuentran dentro del oído interno. Los receptores del sonido se encuentran también en el oído y reciben las vibraciones del aire en el tímpano. Los receptores del oído son capaces de reconocer señales mecánicas ya que los transductores finales transforman las señales mecánicas en potenciales.

By Anatomy_of_the_Human_Ear.svg: Chittka L, Brockmannderivative work: Pachus (Anatomy_of_the_Human_Ear.svg) [CC BY 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

Diagrama de la anatomía del oído humano.

C omo sabéis, el oído externo consta de el pabellón de la oreja que tiene pliegues cartilaginosos que evitan la reflexión de la vibración del sonido (sino la captación no sería tan buena), el conducto auditivo externo y el tímpano. Este último se define como una membrana que vibra con la misma frecuencia y intensidad que las vibraciones del aire que transmite el sonido (cierra el conducto auditivo externo). A continuación del oído externo encontramos el oído medio dónde tiene lugar el proceso en que se transforman las ondas de vibración en ondas de fuerza y, por lo tanto, es un paso de tipo de energía mecánica a otro tipo que también es mecánica. Esta transmisión se da gracias a una cadena de tres huesecillos. El primer huesecillo en vibrar es el martillo. Esta vibración hace que el martillo vaya picando contra el segundo hueso, la anclusa o yunque que no recibirá la vibración sino que recibirá unos "tics" o ondas de fuerza y las transmitirá al tercer huesecillo conocido como estribo dónde la frecuencia de fuerza empujará contra una membrana más pequeña (paso de una superficie más grande a una más pequeña) que concentrará la frecuencia. Esta membrana más pequeña se llama ventana ovalada y conecta con el oído interno.

By Modificado de Marc Giacone (Wikimedia commons File:Oreilleinterne.jpg) [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Cadena de huesecillos del oído medio.

En el oído interno un conducto caracolado, llamado cóclea o caracol, está estructurado en distintos compartimientos rellenos de perilinfa y endolinfa. De morfa similar a como sucedo con los receptores del equilibrio, en este caso los del oído usan la diferencia de densidad entre la perilinfa y la endolinfa para activar unos receptores haciendo que se muevan a causa de esa diferencia de densidad a una determinada vibración que dependerá del sonido que estemos escuchando. Una vez se da la recepción se generarán los potenciales de acción pertinentes. En la base donde se encuentran los receptores está la perilinfa, que es menos densa, y esta es la razón del movimiento.

By BruceBlausDe la traducción Ortisa [CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

Anatomía del oído interno. El oído es uno de los sentidos de los seres vivos y permite percibir los sonidos (audición),​ también se encarga de mantener el equilibrio lo que hace posible caminar sin caerse. El oído se divide en tres partes para facilitar su descripción: oído externo, oído medio y oído interno.

C uando llega un sonido, la vibración hace que se produzcan unos golpecitos que empujan la membrana ovalada (ventana) y la diferencia de densidad hace que la perilinfa y la endolinfa se muevan a distintas velocidades, generando un movimiento que dará lugar a la vibración y, por lo tanto, a la activación de receptores que generarán un potencial de acción. A una frecuencia baja de vibración se dará un bajo ritmo de movimiento y una elevada frecuencia, el ritmo del movimiento será alto. Pasa lo mismo pero a una ritmo distinto. La detección de las distintas frecuencias, es decir, de los sonidos agudos o graves se da gracias a que la captación, que está mediada por la membrana basilar, es distinta, porqué la membrana se moverá de forma distinta en cada caso. Un sonido agudo se detectará al principio de la membrana porqué la membrana en esa región es más fina y sus receptores vibrarán al máximo. En cambio, si el sonido es más grave, la membrana vibrará más hacia el final, debido a que esta región es más gruesa. El cerebro recibirá distintos potenciales en función de qué zona le llegue la información y, por lo tanto, sabrá que tipo de sonido es. De este modo se transforman las frecuencias del sonido en una intensidad de movimiento de líquidos distintos en un lugar distinto de la membrana basilar que da lugar a una frecuencia de impulsos distintos. Con este sistema se detectan las frecuencias, ya sean agudas o graves.

By The original uploader was Tlotoxl at English Wikipedia. (Transferred from en.wikipedia to Commons.) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Umbrales de audición para chicos (M) y chicas (W) entre las edades de 20 a 60 años. El umbral de audición es la intensidad mínima de sonido capaz de impresionar el oído humano. Aunque no siempre este umbral sea el mismo para todas las frecuencias que es capaz de percibir el oído humano, es el nivel mínimo de un sonido para que logre ser percibido.

El sistema con el que detectamos el volumen del sonido me parece fascinante. El sistema funciona de la siguiente forma. Para detectar el volumen de un sonido el lugar de la membrana que vibra es exactamente la misma pero con una intensidad mayor. ¡ Son los receptores los que tienen un lindar de excitación más elevado! y, por lo tanto, solo se activarán cuando la intensidad del sonido es elevada. ¿Pero? ¿Como podemos saber la fuente, la dirección o qué es el sonido? Pues se sabe por el tiempo que tarda el sonido a llegar a uno de los receptores, al de la oreja derecha o izquierda, es decir, según donde se emite el sonido. Como podéis imaginar, tanto la endolinfa como la perilinfa contienen distintas concentraciones de iones Potasio (K+), Sodio (Na+), Cloro (Cl-), proteínas, etc, y su composición es muy importante para el funcionamiento del oído.

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Representación de la propagación de una onda (no longitudinal) en un reticulado de 2 dimensiones. Una onda sonora es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica. Mecánicamente las ondas sonoras son un tipo de onda elástica.

By Christophe Dang Ngoc Chan (cdang) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons

Onda de presión. Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a las que se encuentren en su vecindad, provocando un movimiento en cadena. Las diferencias de presión generadas por la propagación del movimiento de las moléculas del medio, producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.

EEn cuanto al procesamiento del sonido, inicialmente se procesa en el bulbo (cerebro bajo) que es el lugar al que llega un nervio desde los receptores y será el lugar donde se dará una primera sinapsis. La segunda sinapsis se dará en el cerebro medio, muy cerca del tálamo y, más tarde, se dará una tercera sinapsis, ya en el tálamo. Ahora el tálamo será el encargado de dirigir cualquier estímulo hacia la zona de la corteza cerebral que le corresponda. La región de la corteza a la que ha llegado el estímulo será la encargada de interpretar el estímulo. Finalmente, los receptores de la presión arterial son internos y forman parte del control del sistema nervioso autónomo. Controlan la presión arterial y si esta es constante no envían ninguna señal (potenciales). Si detectan que la presión arterial sube o baja envían potenciales. La presión arterial, no obstante, va oscilando y, normalmente, se trabaja con una presión arterial media. Chicos, recordad que cuando hablamos del sistema cardiovascular, ¡la presión arterial es la variable más importante!

By Modificado de Blausen Medical Communications, Inc. [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons; By en:User:Wapcaplet. [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Circulación coronaria anterior. 1 = Atrio derecho, 2 = Atrio izquierdo, 3 = Vena cava superior, 4 = Aorta, 5 = Arteria pulmonar, 6 = Vena pulmonar, 7 = Válvula mitral, 8 = Válvula aórtica, 9 = Ventrículo izquierdo, 10 = Ventrículo derecho, 11 = Vena cava inferior, 12 = Válvula tricúspide, 13 = Válvula pulmonar.

E n cuanto a los Termoreceptores, sencillamente recordad que captan la energía térmica. Además, controlan la temperatura y, por lo tanto, se encuentran por todo el cuerpo y también a nivel central. En el caso de los receptores del frio, la máxima respuesta, es decir, cuando el número de potenciales que se envían al cerebro es máxima, se encuentra, entre 25 y 30ºC. Los seres humanos, entre otros, somos homeotermicos, es decir, que podemos mantener nuestra temperatura corporal constante entre 36 y 37ºC. Este control de la temperatura corporal se da a nivel del hipotálamo pero, los sensores se encuentran repartidos por todo el cuerpo y son estos dos tipos (frio y calor). Cuando estos receptores detectan una temperatura de 30ºC, la piel está a 5ºC y la temperatura externa será de aproximadamente 15ºC. De 30ºC hacia abajo entrarán en juego los receptores del dolor. Así de fácil.

Existen dos subtipos de receptores de la temperatura, los receptores del frio y los del calor. Es decir, nuestro cuerpo cuenta con un auténtico termostato celular.

By User:BoP, Supplied by the medOCT group, Medical University Vienna, Austria [CC BY-SA 2.0 at (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/at/deed.en)], via Wikimedia Commons

Tomografía de coherencia óptica de la yema de un dedo. Imagen giratoria del tomograma de tomografía de coherencia óptica (OCT) de la yema del dedo. En la parte inferior hay partes superficiales de la dermis.

By US-Gov [Public domain], via Wikimedia Commons

Anatomía de la piel humana. La piel es el mayor sistema del cuerpo humano​ o animal. En el ser humano ocupa aproximadamente 2 m², y su espesor varía entre los 0,5 mm (en los párpados) y los 4 mm (en el talón). Su peso aproximado es de 5 kg. Actúa como barrera protectora que aísla al organismo del medio que lo rodea, protegiéndolo y contribuyendo a mantener íntegras sus estructuras, al tiempo que actúa como sistema de comunicación con el entorno, y éste varía en cada especie.

¡ Sigamos! Me gustaría profundizar un poco más en el llamado Sistema de Fotorecepción. Como sabéis, muchos animales tenemos este sistema y, básicamente, es nuestro sistema de captación de imágenes, basado en receptores externos. Es tan importante que nuestro cuerpo confía enormemente en él y, para que funcione, necesitamos unos receptores que se encuentran localizados en la retina, situada al fondo del ojo. En cuanto a las partes del ojo, para empezar deberemos hablar de la membrana conjuntiva, situada en la zona más externa del ojo. La membrana conjuntiva se caracteriza por ser muy fina y por realizar una función de protección evitando que posibles bacterias puedan infectarnos. Para conseguir que la membrana conjuntiva esté siempre húmeda, unas pequeñas glándulas se encargan de secretar lágrimas. Como sabréis, la membrana conjuntiva cubre nuestra córnea que es precisamente la segunda parte del ojo de la que os hablaré. Es importante que la córnea sea bien lisa porqué sino puede generar imágenes falsas. Además, también tenéis que saber que es una membrana más dura respecto a otras membranas. La tercera parte del ojo es el llamado humor acuoso que, básicamente, es un espacio lleno de líquido, un filtrado de plasma, localizado en la cámara anterior del ojo. Un dato relevante que nos da una idea de la importancia del humor acuoso, es que cada hora renovamos el líquido de esta cámara. En cuarta posición, está el iris que se corresponde con la zona coloreada del ojo. El iris puede ser de distintos colores en función de las mutaciones asociadas a distintos genes que heredamos de nuestros padres. Como es lógico, algunos colores están más asociados a algunas regiones geográficas del planeta.

By No machine-readable author provided. Clavecin~commonswiki assumed (based on copyright claims). [Public domain], via Wikimedia Commons

Imagen de la heterocromía sectorial en el ojo derecho de una niña inglesa de 14 años. El color de ojos es un rasgo genético que está determinado por la cantidad y la distribución de melanina en el iris.​ Es un proceso complejo en el que intervienen varios genes en pos del resultado final. De igual forma son tres los elementos del iris que contribuyen a darle su color: la melanina del epitelio del iris, la melanina de la parte anterior del iris y la densidad del estroma del iris. La heterocromía es una condición ocular poco frecuente que ocurre cuando ambos iris presentan distintos colores, caso denominado heterocromía completa; o cuando un solo iris presenta zonas de colores diferenciados notoriamente, caso denominado heterocromía parcial o sectorial. La heterocromía se presenta con poca frecuencia y puede ser congénita o adquirida.

Como acabamos de comentar, la función del iris es regular el paso de luz a través de esta zona de penetración. Si es necesario, habrá un cerramiento o abertura del iris en función de la cantidad de luz que reciba. Es más, el músculo que realiza esta función es involuntario, es decir, ¡que nosotros no lo podemos controlar a nivel consciente! Finalmente, el cristalino es la lente que enfoca las imágenes y el vitri, que tiene un volumen constante, tiene la función de evitar que se desarrollen deformidades en el ojo.

By Ojo_humano.jpg: Pixel derivative work: Taty2007 (Ojo_humano.jpg) [Public domain], via Wikimedia Commons

Sección de un ojo humano.

C omo podéis ver, para que la luz llegue a los fotoreceptores, antes debe de pasar por la retina en la que se dará la recepción gracias a dos tipos distintos de fotoreceptores. En primer lugar, los conos, localizados en unos plegamientos en la membrana más externa se especializan en señales de alta intensidad de luz y de color. Nosotros, los humanos, poseemos aproximadamente unos 6.000 millones de conos en cada ojo. En segundo lugar, los bastones, que tienen forma rectangular alargada, son de baja intensidad de luz y se especializan en detectar el blanco y el negro. En este caso, cada ojo dispone de unos 120 billones de bastones. Cabe destacar que en una segunda capa de células también podemos encontrar las células bipolares que son células que tienen una sinapsis con un receptor y otra célula llamada célula ganglionar. En la tercera capa de células encontramos las células ganglionares, responsables de la sinapsis con las células bipolares. El conjunto de axones de las células ganglionares forman el conocido nervio óptico. En esta capa, también podemos identificar las células horizontales que se encuentran conectadas por la base. De este modo, estas células consiguen realizar un proceso de información cruzada entre receptores. Y, finalmente, en esta capa también encontramos las amanines que son unas células que realizan una sinapsis múltiple conectando la zona ganglionar y bipolar.

By Santiago Ramón y Cajal (1852 - 1934); uploaded to en.wikipedia by en:User:Meduz. [Public domain], via Wikimedia Commons

Organización simplificada de la retina (modificación de un dibujo de Santiago Ramón y Cajal). La luz entra por la izquierda y debe atravesar todas las capas celulares hasta llegar a los conos y bastones que se encuentran a la derecha del esquema.

By Images are generated by Life Science Databases(LSDB), animated by was a bee. [CC BY-SA 2.1 jp (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.1/jp/deed.en)], via Wikimedia Commons

Tronco cerebral, tálamo, pineal y colliculus superiores e inferiores. Los estímulos sensoriales que llegan al cerebro, con excepción del olfato (debido a que las vías olfatorias se desarrollan en el embrión antes que el tálamo y estas llegan directamente al cerebro), deberán pasar previamente por el tálamo. Se trata de un derivado conformado por 80 núcleos neuronales agrupados en territorios. Los estímulos dirigidos a la corteza cerebral se filtran en el tálamo, donde se decide si siguen o terminan su camino; esto último ocurre cuando se considera que son triviales. También al estar conectado a la corteza cerebral por la vía córtico-talámica es un interconector. Si hay una disfunción en el tálamo, afecta a la corteza.

Como hemos explicado, los Fotoreceptores captan la energía lumínica, por ejemplo, en el caso de la vista a través de la retina. Como os podéis imaginar, el sistema de fotorecepción lo poseen muchos animales. Es más, nuestro sistema de captación, de receptores externos, confía enormemente en la fotorecepción. Para ello, necesitamos los receptores que se localizan en la retina, en el fondo del ojo.

By Based on Eyesection.gif, by en:User_talk:Sathiyam2k. Vectorization and some modifications by user:ZStardust [Public domain], from Wikimedia Commons

Esquema de la sección del ojo humano. Las características fundamentales son muy similares a las del resto de los animales vertebrados.

La Membrana conjuntiva es la más externa. Es muy fina y, básicamente, es una membrana de protección que cubre la córnea y evita, entre otros, la entrada de bactarias. Más adentro, encontramos la córnea que, si no es lisa, puede generar imágenes falsas. Además, es más dura que otras membranas. Más allá, encontramos el humor acuoso que es un espacio lleno de líquido. Se encuentra en la cámara anterior y es un filtrado de plasma. Imaginad, cada hora renovamos esta cámara. Las lagrimas son pequeñas glándulas pero, en este caso, en el exterior. Su función es la de humedecer la conjuntiva. El Iris es la zona coloreada del ojo. Pueden tener distintos colores por cuestiones genéticas y geográficas. La función del iris es la de regular el paso de luz a través de esta zona de penetración. Habrá un cerramiento o una apertura del iris en función de la cantidad de luz que haya. El músculo que mueve es involuntario, es decir, que nosotros NO lo podemos controlar a nivel consciente. También existe el llamado cristalino que es la lente que enfoca la imagen. El vitri tiene un volumen constante ya que sino fuera así podríamos ver con deformidades. Y, una de las partes más importantes como sabéis, la retina. Es en la retina donde la luz puede llegar a los receptores localizados en la ultima capa de células de la retina dónde se da la recepción. En esta capa tenemos dos tipos de receptores distintos, los conos y los bastones.

Mark Fairchild [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Ilustración de la distribución de células cónicas en la fóvea de un individuo con visión de color normal (izquierda) y una retina daltónica - protanópica (derecha). Tened en cuenta que el centro de la fóvea contiene muy pocos conos sensibles al azul. La protanopia es la carencia de sensibilidad al color rojo, una disfunción visual relacionada con la percepción del color. Se denomina también dicromacia roja. Consiste en la ausencia de actividad funcional de los protoconos, que son sensibles a la porción roja del espectro visible. Por tanto, los individuos que sufren protanopia padecen una pérdida clara de sensibilidad a la luminosidad del extremo rojo del espectro cromático.

Los conos se localizan en unos plegamientos de la membrana externa de la retina. Son de alta intensidad de luz y de color. Tenemos unos 6 millones, aproximadamente. En cambio, los bastones tienen forma rectangular alargada. Son de baja intensidad de luz, en blanco y negro. Eso si, tenemos unos 120 billones de bastones, frente a los 6.000 millones de conos. En la segunda capa de células encontramos los receptores bipolares que son células con una sinapsis con un receptor y, además, con otra células, en este caso, una célula ganglionar. En la tercera capa de células encontramos las células ganglionares y las células horizontales. Las células ganglionares hacen sinapsis con las bipolares. El conjunto de axones de estas células forman el nervio óptico. En cambio, las células horizontales se localizan conectadas a la base y une a los receptores entre ellos (información cruzada). En esta capa también encontramos las amanines que son células que realizan sinapsis múltiple (conexiones) entre la zona ganglionar y bipolar. En definitiva, en la primera capa de la retina es dónde se encuentran los receptores. Las células horizontales realizan la sinapsis entre las células receptoras y las bipolares.

By Mikael Häggström.When using this image in external works, it may be cited as:Häggström, Mikael (2014). Medical gallery of Mikael Häggström 2014. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.008. ISSN 2002-4436. Public Domain.orBy Mikael Häggström, used with permission. [CC0], from Wikimedia Commons

Fotografía de fondo que muestra los vasos sanguíneos en una retina humana normal. Las venas son más oscuras y ligeramente más anchas que las arterias correspondientes. El disco óptico está a la derecha, y la mácula lutea está cerca del centro.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electromagnetic_spectrum-es.svg#filelinks

Espectro visible por el ojo humano. El color no es una propiedad de la luz o de los objetos reflejantes, sino que es una sensación cerebral. Los humanos ven los colores como resultado de la interacción de la luz en el ojo, a través de la estructura ocular de los conos, que detectan la energía de los fotones, trasmitiendo la sensación al cerebro. La percepción de los colores es subjetiva y depende de los atributos que el cerebro asigna a ciertas longitudes de onda. De esta manera una longitud de onda de 560 nm es definida como color rojo, pero en realidad tanto el rojo como cualquier otro color no existen, solo es real una radiación electromagnética con una longitud de onda determinada. Los vertebrados primitivos poseían 4 tipos de conos, frente a los humanos y primates que poseen 3 tipos de conos (obteniendo una visión tricromática). La mayor parte de los mamíferos poseen únicamente 2 tipos de conos.

By Arno ([1]) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

Imagen termográfica que muestra el efecto aislante de las alas de un murciélago. La luz emitida por el murciélago a temperatura ambiente es demasiado débil como para ser percibida por los ojos humanos. No ocurre lo mismo con una cámara de visión térmica.

LLas aves, los reptiles, tortugas y muchos peces poseen 4 clases de conos y por tanto, mejor visión del color que la nuestra. La explicación a este fenómeno se debe a que los primeros mamíferos que evolucionaron a partir de los reptiles, eran criaturas principalmente nocturnas, por lo que la evolución llevó al sistema visual a disminuir la capacidad de distinguir colores en favor de mejorar la agudeza visual en condiciones de escasa luminosidad.

By Deuterostome [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons

Euglénido (protista flagelados, comúnmente presentes en agua dulce, en especial cuando ésta es rica en materia orgánica) en el que es visible la mancha ocular de color rojizo situada cerca de la base del flagelo. Algunos organismos unicelulares flagelados como los euglénidos, presentan en la base del aparato flagelar un orgánulo llamado mancha ocular que es fotosensible. Tiene la función de detectar la dirección e intensidad de la luz, lo que le permite a la célula responder dirigiéndose hacia ella o alejándose. Puede considerarse uno de los sistemas biológicos de visión más simples.

Llegados a este punto, me gustaría recordar a los Nocireceptores. Ya explicamos que los Nocireceptores son los receptores del dolor pero no precisamos que son los únicos que son capaces de transformar cualquiera de las energías anteriores que, en este caso, serán "destructivas". Además, recordad que cuando acercáis vuestra mano al fuego se activarán tanto los receptores de temperatura como los de dolor. Además, los del dolor NO son adaptables. Si sufrimos una lesión, algunos neurotransmisores se liberarán al sentir dolor (por ejemplo, la serotonina). Se producirá una "corriente" hacia la médula y, allí, se dará una primera acción sobre el sistema nervioso central. Si la lesión implica pérdida de sangre, es decir, rotura de vasos sanguíneos, se producirá otro tipo de respuesta. En este caso se producirán sustancias que activarán al sistema inmunológico de forma que impidan la infección de la herida. Estos neurotransmisores pueden tener dos funciones importantes. Para empezar, pueden hacer llegar o anular una señal que estaba viajando hacia la médula. Además, también pueden realizar un cerramiento inicial del vaso para que no se escape sangre, lo que se conoce como vasoconstricción. Existen distintas substancias que actúan como neurotransmisores de las que, poco a poco, capítulo a capítulo, iremos hablando.

By Electron Microscopy Facility at The National Cancer Institute at Frederick (NCI-Frederick) ([1]) [Public domain], via Wikimedia Commons

Imagen tomada con un microscopio electrónico de barrido en la que se observa, de izquierda a derecha: un glóbulo rojo (eritrocito), una plaqueta (trombocito) y un glóbulo blanco (linfocito T).

U n proceso muy importante, relacionado con el dolor, es la Mitigación. Este proceso se produce cuando una primera interneurona mitiga la señal que llegará más tarde al sistema nervioso. Esta neurona que mitiga la señal estará siempre activa (sino el dolor sería constante). Pensad que el daño o el dolor en condiciones normales es distinto que el daño o el dolor en condiciones extremas como, por ejemplo, durante una guerra. Ya en nuestro sistema nervioso central existen jerarquías de centros que hacen que ¡si te haces daño en una situación de peligro extrema podamos huir y, más tarde, notamos el dolor! Por lo tanto, el sistema de sensación del dolor es distinto al de coagulación (sistema circulatorio) porqué aunque no sintamos dolor, la sangre sigue coagulando y también el resto de funciones. Además, sabed que existen distintos puntos en la médula dónde se da la mitigación del dolor. De hecho, incluso se puede manifestar dolor en una posición cuando, en verdad, el origen del dolor está en otro lugar. Por ejemplo, en algunos casos de ataque del corazón dónde se pueden sentir mucho dolor de brazos y pecho.

By Bobjgalindo [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons

Dos plaquetas (púrpura) bajo el microscopio de luz (40x) de un frotis de sangre periférica rodeada por eritrocitos.

M e gustaría prestar especial interés a los Quimioreceptores porqué, sinceramente, me apasionan. Recordad que los quimioreceptores son capaces de detectar toda una serie de moléculas, es decir, sustancias químicas que ya sea vía volátil o soluble podemos "captar", "analizar" y distinguir. Pensadlo, ¡Es Flipante! Si os fijáis, existen cámaras fotográficas o de vídeo que pueden imitar al ojo humano, también podemos emitir sonidos con altavoces, ver superficies mediante escaners, sonars o radares pero, NO existe ningún invento que ni siquiera se acerque a nuestro sistema quimioreceptor. No existen equipos capaces de "oler". Algún equipo es capaz de "saborear" mediante un análisis químico de la muestra pero, oler, eso es técnicamente casi imposible. Para poder realizar este proceso, en nuestro cuerpo, como siempre, existirán unos receptores que detectarán esas sustancias y transformarán esta interacción en un potencial. Como imaginaréis, existen distintos tipos de quimioreceptores. Para empezar, hablaremos de los Quimiorreceptores del gusto cuya función es la de detectar una serie de sabores básicos. Existen distintos tipos de quimioreceptores para cada sabor distribuidos por la lengua. Para ser exactos, se localizan en unos surcos de la lengua llamados poros o botones gustativos justo debajo del epitelio que es el lugar en el que se dará la recepción del sabor. En la siguiente imagen podéis ver como las células receptoras del gusto (Taste Receptor Cell) son las encargadas de entrar en contacto a través de los poros con las moléculas de los alimentos. De este modo, transmitirán información a través de las neuronas colindantes que formarán nervios que irán hasta el cerebro.

By NEUROtiker (Own work) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0)], via Wikimedia Commons

Papila gustativa.

En los poros gustativos tenemos células epiteliales que limitan a los poros y, además, también ayudan al sostenimiento de las células gustativas. Tenéis que saber que existen distintos tipos de células o papilas gustativas. Para empezar, existen células o papilas fungiformes, es decir, con forma de "hongo" que se encuentran en las zonas más externas de la lengua. Como podéis ver, en la lengua, existen unos pelitos que son precisamente los receptores del gusto. En segundo lugar, también existen las células o papilas foliales o circunvaladas que se encuentran en las zonas más internas de la lengua, es decir, más hacia dentro de la garganta y aún más profundas. En cualquier caso, ambas células receptoras captan distintos tipos de sustancias para las que existen distintos receptores.

By OpenStax [CC BY 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons

Los receptores del gusto están presentes en las papilas de la lengua humana. Los productos químicos que estimulan las células receptoras del sabor se conocen como saborizantes. Una vez que un saborizante se disuelve en la saliva, puede entrar en contacto con la membrana plasmática de los pelos gustativos, que son los sitios de transducción del gusto. La lengua está equipada con muchas papilas gustativas en su superficie dorsal, y cada papila gustativa está equipada con células receptoras del gusto que pueden percibir clases particulares de sabores. Distintos tipos de células receptoras del gusto, respectivamente, detectan sustancias que son dulces, amargas, saladas, agrias, picantes o con sabor a umami. Las células receptoras de Umami son las menos comprendidas y, en consecuencia, son el tipo de investigación más intensamente investigado.

By Amtsga (This is my work Own work) [CC0], via Wikimedia Commons

Los tomates maduros son ricos en sabor umami. El sabor umami no fue identificado propiamente hasta que en 1908 el científico Kikunae Ikeda, ​profesor de la Universidad Imperial de Tokio, descubrió que el glutamato era el responsable de la palatabilidad del caldo del alga kombu. Observó que el sabor del dashi (caldo) de kombu era distinto de los sabores dulce, ácido, amargo y salado; y lo denominó umami. Años después, en 1913, un discípulo del profesor Ikeda, Shintaro Kodama, descubrió que las virutas de bonito seco contenían otra sustancia umami.​ Era el ribonucleótido IMP. Uno de los descubrimientos más importantes de Kuninaka fue el efecto sinérgico entre los ribonucleótidos y el glutamato. Cuando se combinan alimentos ricos en glutamato con ingredientes que contienen ribonucleótidos, la intensidad del sabor resultante es mayor que la suma de ambos ingredientes. Umami es un sabor sutil pero de regusto prolongado y difícil de describir. Induce la salivación y una sensación aterciopelada en la lengua que estimula la garganta, el paladar y la parte posterior de la boca.​ Por sí mismo, umami no es sabroso, pero realza el sabor agradable de una gran cantidad de alimentos, especialmente en presencia de aromas complementarios. ​Pero al igual que otros sabores básicos -excepto la sacarosa- umami es agradable sólo dentro de un margen relativamente estrecho de concentración.​ El sabor umami óptimo depende también de la cantidad de sal. Al mismo tiempo, los alimentos bajos en sal pueden tener un sabor satisfactorio con la cantidad adecuada de umami.​ Cocinar con ingredientes ricos en umami permite reducir la cantidad de sal que se usaría normalmente para realzar el sabor de los alimentos. Algunos grupos de personas, como los adultos mayores, pueden tener mayores beneficios con el sabor umami debido a que su sentido del gusto y su sensibilidad a los aromas pueden estar disminuidos por la edad y los medicamentos.

Hablamos de cuatro subtipos: el dulce (en la parte anterior de la lengua), el salado (en la parte lateral "anterior" de la lengua), el ácido (en la parte lateral "posterior o profunda" de la lengua) y el amargo (en la parte posterior "central" de la lengua). A la precisión de estos receptores se la conoce como CAPACIDAD DE DETECCIÓN y se basa en que algunos receptores son más sensibles que otros. En este caso, los receptores menos precisos son el dulce y el salado. Los receptores del dulce pueden captar moléculas a una concentración aproximada de 10-2M, por ejemplo de sacarosa. Los receptores del salado pueden captar moléculas a una concentración aproximada de 10-2M, por ejemplo la "sal común" o NaCl. Los receptores del ácido pueden captar moléculas a una concentración aproximada de 10-5M, por ejemplo de ácido clorídrico o HCl. Y, finalmente, los receptores del amargo pueden llegar a captar moléculas a una concentración aproximada de 10-7M, por ejemplo la quinina. Como podéis ver, ¡somos capaces de detectar una molécula amarga diluida en 10.000.000 de moléculas que NO lo sean! ¿Casualidad? ¡Sabéis que no! En biología NADA es por casualidad y todo tiene su razón de ser. Así es la ciencia. En este caso, esta gran sensibilidad al amargo se debe a la evolución. Como os habréis imaginado, la mayoría de sustancias nocivas (tóxicas) son amargas (o ácidas) y, por esa razón, disponemos de receptores que las detectan a muy baja concentración. ¿Pensad? ¿Cómo sabemos que estamos bebiendo un zumo de piña? Evidentemente, interviene la memoria. Básicamente, nuestro sistema nervioso sabe que estamos bebiendo un zumo de piña porqué tenemos receptores del gusto. El cerebro es capaz de integrar todos los gustos como una computadora, por ejemplo, 20% salado, 50% dulce, 30% ácido, 0% amargo) formulando una composición a la que nuestro cerebro le atribuye un nombre. ¿Os parece increíble? Pues ahora veréis un sentido aún más increíble, en este caso, el olfato.

C hicos, el olfato es increíble. De verdad. Veréis, los Quimioreceptores del olfato se localizan en nuestras fosas nasales, para ser más precisos, en nuestra membrana pituitária. En nuestra corteza frontal tenemos el llamado bulbo olfatorio que se corresponde con una parte del cerebro que en humanos está muy poco desarrollada. ¿Imaginad como debe de ser esa parte en un salmón que es capaz de detectar a miles de kilómetros las características de un río para llegar a desobar exactamente al mismo lugar en el que nació? Pero es que en el caso de la mariposa, ¡es capaz de detectar olores a más de 25 Km! ¡Increíble! Se acepta que tenemos siete tipos de receptores del olfato. Aun así, se trata de estudios a nivel fisiológico y psicológico. En verdad, no disponemos de datos de concentraciones. Es más, por increíble que parezca los 7 "olores" básicos que "detectamos" se clasifican de la siguiente forma: Alcanfor, Almizcle, Flores, Picante, Menta, Pútrido y Éter. Como hemos comentado, se han realizado numerosos intentos para clasificar los diferentes olores que el ser humano es capaz de detectar. En una de las más recientes se establecen 10 categorías básicas en lugar de las 7 anteriormente enumeradas: fragante/floral, leñoso/resinoso, frutal no cítrico, químico, mentolado/refrescante, dulce, quemado/ahumado, cítrico, podrido y acre/rancio. No obstante probablemente ninguna de las clasificaciones realizadas sea satisfactoria, dado que, al igual que sucedía con los sabores, en realidad los aromas que percibimos son la suma de una mezcla de diferentes olores primarios, cada uno de los cuales corresponde a una sustancia química diferente con una fórmula concreta. El nervio olfatorio entra directamente al bulbo olfatorio y se inician las sinapsis hasta llegar a la zona central de la corteza cerebral donde se realizarán las "conclusiones". Recordad, los canales de los neurotrasmisores son de Sodio (Na+) o bien de Sodio-Calcio (Na+-Ca 2+). Como dije, la comprensión de los olores y el modo en que nuestro cerebro tiene que procesar, registrar y recordad esa información, debe ser apasionante.

C omo veis, queramos o no, siempre llegamos hasta el cerebro. A nivel cerebral, diferenciamos entre 3 zonas. El cerebro bajo, cerebro medio y el cerebro alto. Ahora veremos aproximadamente las funciones y los estados de activación del sistema nervioso central. El cerebro bajo o bulbo es la zona dónde se encuentran algunas de las funciones menos complejas del sistema nervioso central. Es decir, es la zona más antigua. En el bulbo tenemos el núcleo vestibular, dónde llega la primera sinapsis, es decir, dónde llega la información del sistema vestibular, que es el sistema de recepción del equilibrio, de la aceleración lineal y de la aceleración angular. Además, también existe un núcleo que se ocupa del estado de control del sistema cardiovascular, sobretodo de los vasos, es decir, de la contracción y dilatación de los vasos. Este núcleo es conocido como núcleo cardiovascular y también se ocupa de la activación general de la frecuencia cardíaca (aceleración / retardo de la frecuencia cardíaca). Otro núcleo importante es el núcleo respiratorio, que se ocupa de provocar la inspiración y la expiración de forma rítmica. Este núcleo es doble ya que tiene dos subcentros. El subcentro inspirador que se activa en la inspiración y el subcentro expirador que se activa en la expiración. Es decir, cuando hacemos una inspiración, se activa el subcentro de la inspiración y se desactiva el subcentro de expiración. Y viceversa, claro está.

By Medium69, Jmarchn (File:Nervous system diagram.png) [CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

Esquema del sistema nervioso humano. El sistema nervioso es un conjunto organizado de células especializadas en la conducción de señales eléctricas. La célula básica del sistema nervioso de todos los animales es la neurona. Las neuronas tienen la función de coordinar las acciones de los animales por medio de señales químicas y eléctricas enviadas de un lugar a otro del organismo. El sistema nervioso capta estímulos del entorno (estímulos externos) o señales del mismo organismo (estímulos internos), procesa la información y genera respuestas diferentes según la situación. A modo de ejemplo podemos considerar un animal que a través de las células sensibles a la luz de la retina capta la proximidad de otro ser vivo. Esta información es transmitida mediante el nervio óptico al cerebro que la procesa y emite una señal nerviosa que a través de los nervios motores provoca la contracción de ciertos músculos con el objetivo de desplazarse en dirección contraria al peligro potencial.​

E ntre la zona del bulbo y el cerebro medio existe una zona difusa, anatómicamente hablando, llamada formación reticular. Esta zona activa la corteza en función, entre otros, del sueño y de la vigilia. Es decir, es el encargado de regular estos dos aspectos. La activación de la corteza es de tipo genérico.

By Xtabay [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], from Wikimedia Commons

Esquema del encéfalo humano, incluyendo secciones principales del tallo encefálico. El encéfalo es la parte del sistema nervioso central de los vertebrados incluida dentro del cráneo. Está compuesto por tres partes: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo. Es el centro de control del movimiento, del sueño, del hambre, de la sed y de casi todas las actividades vitales necesarias para la supervivencia. Todas las emociones humanas, como el amor, el odio, el miedo, la ira, la alegría y la tristeza, están controladas por el encéfalo. También se encarga de recibir e interpretar las innumerables señales que le llegan desde el organismo y el exterior.

En cuanto al cerebro medio, cabe destacar que interacciona con aspectos de activación general de sistemas como el cardiovascular y el respiratorio.

By Images are generated by Life Science Databases(LSDB). [CC BY-SA 2.1 jp (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.1/jp/deed.en)], via Wikimedia Commons

Esquema del mesencéfalo o cerebro medio que se define como la estructura superior del tronco del encéfalo. Une el puente troncoencefálico o puente de Varolio y el cerebelo con el diencéfalo. Su eje longitudinal se inclina hacia atrás y los flagelos se alejan de la línea media en su ascenso por el foramen de Pacchioni para penetrar en el hemisferio cerebral correspondiente.

Gracias a un electroencefalograma (EEG) podemos captar los potenciales resultantes de las ondas electroquímicas de nuestro cerebro. En realidad es un sistema poco preciso pero de una gran utilidad. Por ejemplo, podemos usar un electroencefalograma para detectar algunas enfermedades como la epilepsia. En este caso, si observáramos las ondas cerebrales veríamos como existe una actividad anormalmente alta de la corteza cerebral. Es más, dependiendo de cada enfermedad podemos observar patrones específicos para cada una de ellas.

By Brain human normal inferior view with labels en.svg: Patrick J. Lynch, medical illustrator  & derivative work: Beao *derivative work: Angelito7 [CC BY 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

Vista inferior del encéfalo humano con los nervios craneales etiquetados.

M e gustaría dedicar un parágrafo a hablar del sueño. Veréis, en los niños y en los jóvenes es habitual que tengan oscilaciones durante el sueño de forma rítmica. En cambio, en adultos, las oscilaciones no son tan rítmicas. Me explico. El sueño profundo es el que nos permite descansar y, aproximadamente, dura sobre una hora y media. Después se da una subida de frecuencia muscular, sube la frecuencia respiratoria y también la frecuencia cardíaca. Además, se dan los llamados MOR, que son Movimientos Oculares Rápidos. Es decir, que tenemos actividad en determinadas zonas aun estando durmiendo. Este es el conocido período de los sonámbulos.

By Biological_clock_humanNycthéméralFrenchVersion.jpg: Lamiotderivative work: Ortisa [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Ilustraciones de la expresión del ritmo circadiano y los ritmos biológicos en los seres humanos. En la biología, los ritmos circadianos son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo. Todos los animales, las plantas y todos los organismos muestran algún tipo de variación rítmica fisiológica (tasa metabólica, producción de calor, floración, etc.) que suele estar asociada con un cambio ambiental rítmico. En todos los organismos eucariotas así como muchos procariotas se han documentado diferentes ritmos con períodos que van desde fracciones de segundo hasta años. Si bien son modificables por señales exógenas, estos ritmos persisten en condiciones de laboratorio, aun sin estímulos externos.

A modo de ejemplo, los delfines, una de las especies más inteligentes que habitan en el planeta, tienen la capacidad de dejar dormido medio cerebro y permanecer despierto con el hemisferio opuesto, que se encarga de ejercer el control sobre las funciones vitales, especialmente la respiración. Durante estos periodos de sueño "unihemisférico", los delfines ralentizan su metabolismo y se quedan prácticamente inmóviles. La mitad del cerebro que permanece activa durante el sueño puede mantener el rumbo del delfín y evitar que viaje a la deriva.

By NOAA Photo Library (anim1018) [CC BY 2.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) or Public domain], via Wikimedia Commons

Los delfines (Delphinidae), llamados también delfines oceánicos para distinguirlos de los platanistoideos o delfines de río, son una familia de cetáceos odontocetos muy heterogénea, que comprende 34 especies. Miden entre 2 y 9 metros de largo, con el cuerpo fusiforme y la cabeza de gran tamaño, el hocico alargado y solo un espiráculo en la parte superior de la cabeza (orificio respiratorio que muchos animales marinos tienen como contacto del aire o agua con su sistema respiratorio interno). Son carnívoros estrictos. Se encuentran relativamente cerca de las costas y a menudo interactúan con el ser humano. Como otros cetáceos, los delfines utilizan los sonidos, la danza y el salto para comunicarse, orientarse y alcanzar sus presas; además utilizan la ecolocalización. La ecolocalización supone la emisión por parte de los delfines de una amplia gama de sonidos en forma de breves ráfagas de impulsos sonoros llamados clics y la obtención de información sobre el entorno mediante el análisis de los ecos que reciben de regreso. Esta capacidad de utilizar una completa gama de emisiones sonoras tanto de alta como de baja frecuencia, combinada con una audición direccional muy sensible, facilita una ecolocalización extremadamente precisa y otorga a estos animales un sistema sensorial único en el mar.

Como os podréis imaginar, estos períodos sirven para la verificación de los mecanismos fisiológicos, es decir, para confirmar que todo está en marcha y funciona perfectamente por si algún estímulo externo importante hiciera que tuviéramos que despertarnos repentinamente. De este modo, los MOR preparan el cuerpo por si tuviera que despertarse y controla que todo funciona correctamente. La formación reticular, un centro importante del cerebro medio está relacionada con los ritmos biológicos relacionados con los períodos de sueño y vigilia. De este modo, disponemos de sincronizadores externos que detectan cuando empieza y finaliza cada día. En este sentido, la glándula pineal, formada por células sensibles a la luz, es la responsable de coordinar el reloj biológico que regula nuestra percepción del día y la noche. Es más, en animales regula y calcula el ciclo de reproducción.

E n cuanto al tálamo, cabe destacar que está situado en la base de la corteza cerebral. Tiene importancia en la vía sensorial. De hecho, la mayor parte de recepciones y sus correspondientes sinapsis, llegarán hasta el tálamo dónde se encargará de direccionar las sensaciones al lugar correspondiente de la corteza, donde serán interpretadas. Dentro del tálamo podemos diferenciar dos vías. El sistema tálamo cortical específico, encargado de la sinapsis desde el tálamo hasta un lugar específica de la corteza y el tálamo cortical difuso, en el que la sinapsis se dará en una zona más amplia y difusa de la corteza. Tendrá lugar una activación general de una zona de la corteza. Justo debajo del tálamo podemos encontrar al hipotálamo, conocido por ser el centro de control del sistema nervioso autónomo. Debéis de recordar que el hipotálamo está conectado con un lóbulo llamado hipófisis que NO es sistema nervioso sino un centro hormonal. Como veréis, el hipotálamo es muy importante e interviene en un gran número de procesos fisiológicos. A modo de ejemplo, el hipotálamo anterior es el responsable de regular la hormona oxitocina, responsable de realizar el control de la reproducción femenina que, por ejemplo, desencadena las contracciones durante el parto. Además, esta región también realiza un control negativo (descenso) de la frecuencia cardíaca y la presión arterial. Es decir, en situaciones de reposo será el hipotálamo anterior el que estará actuando. La regulación térmica también está regulada por esta región que inicia respuestas termoreguladores. Por ejemplo, si hace calor, iniciará el mecanismo de sudoración. Finalmente, también tiene la misión de regular la hormona ADH que es la hormona antidiurética encargada de decirle a nuestro cuerpo si debe de absorver agua o excretar orina. En segunda lugar, el hipotálamo lateral regula el control de la sed y del hambre. En tercer lugar, el hipotálamo posterior regula la activación del sistema cardiovascular, regulando, por ejemplo, el diámetro de los vasos sanguíneos. Además, también es el encargado del control de los gases intestinales y del estímulo de la saciedad.

O tro núcleo importante del cerebro medio son los Ganglios de base que se encuentran en la base de la corteza y son los siguientes: el nucleo caudal, el Putamen, el Globus pálido, la sustancia negra y el nucleo subtalamico.

By Basal_Ganglia_and_Related_Structures.svg: *Brain_structure.gifderivative work: Oxilium (Basal_Ganglia_and_Related_Structures.svg) [Public domain], via Wikimedia Commons

Los ganglios basales o núcleos basales son un grupo de núcleos o masas de sustancia gris (acumulaciones de cuerpos o somas de neuronas) que se hallan en la base del cerebro, entre las vías ascendentes y descendentes de sustancia blanca y a horcajadas sobre el tronco del encéfalo.

Básicamente tenéis que saber que son núcleos que regulan o intervienen en el control del movimiento. Por lo tanto, hay 3 grandes espacios que regulan el movimiento. Estos núcleos suelen tener interacciones y realizan sinapsis de tipo químico con la corteza, el tálamo y el cerebelo. En este caso, los neurotransmisores principales son dos. En primer lugar los GABA, que realizan sinapsis descendientes (vienen de la corteza y van hacia la periferia hacia la médula, etc). GABA significa ácido gamma aminobutídico. Y, en segundo lugar, el neurotransmisor llamado Dopamina, que realiza sinapsis ascendientes (hacia la corteza). Es de la familia de la adrenalina. En definitiva, cada núcleo realiza una función. Por ejemplo, el núcleo caudal y el putamen (núcleo en forma de cáscara) tienen como función los movimientos voluntarios genéricos. El globus pálido interviene en los movimientos precisos y voluntarios y la sustancia negra y el núcleo subtalamico interviene en los movimientos involuntarios. Para que nos entendamos, las conexiones que necesitamos para realizar un movimiento son de distintos tipos. Por ejemplo, para realizar un movimiento concreto la zona motora de la corteza envía una señal al putamen que enviará otro señal hasta el globus pálido, el cual enviará la señal al núcleo subtalamico que, a su vez, la volverá a enviar hasta la sustancia negra. Ahora, la señal del movimiento volverá hasta el tálamo y la corteza para verificar que el movimiento sea el correcto ya que, a veces, se degenera la información a través de las conexiones.

By National Institute for Aging, a branch of NIH.  As a work created by a US government employee, this is in the public domain [Public domain], via Wikimedia Commons

Dibujo del cerebro humano, mostrando varias estructuras importantes. El cerebro controla y regula las acciones y reacciones del cuerpo. Recibe continuamente información sensorial, rápidamente analiza estos datos y luego responde, controlando las acciones y funciones corporales. El tronco encefálico controla la respiración, el ritmo cardíaco, y otros procesos autónomos. El neocórtex es el centro del pensamiento de orden superior, del aprendizaje y de la memoria. El cerebelo es responsable del equilibrio corporal, coordinando la postura y el movimiento. Aunque está protegido por los huesos del cráneo, suspendido en líquido cefalorraquídeo, y aislado de la sangre por la barrera hematoencefálica, la delicada naturaleza del cerebro humano lo hace susceptible a muchos tipos de daños y enfermedades. Las formas más comunes de daño físico son los daños internos por un golpe en la cabeza, un accidente cerebrovascular, o una intoxicación por ingerir diversas sustancias químicas que pueden actuar como neurotoxinas. La infección del cerebro es rara debido a las barreras que lo protegen, pero es muy grave cuando se produce. El cerebro humano también es susceptible de padecer enfermedades degenerativas, como la enfermedad de Parkinson, la esclerosis múltiple y la enfermedad de Alzheimer. Una serie de trastornos psiquiátricos, como la esquizofrenia, la neurosis o la depresión, se estima que son causados al menos parcialmente por disfunciones cerebrales, aunque la naturaleza de tales anomalías cerebrales no es bien entendida.

Finalmente, el cerebelo es la ultima región que conforma el cerebro medio. Básicamente, el cerebelo es la estructura más diferenciada que existe en el encéfalo. Se encuentra en la zona de coordinación. Es el centro principal de coordinación motora de los movimientos. Tiene 3 lóbulos que se distinguen por su función y que son, el lóbulo anterior, el lóbulo posterior y el floculo nodular. En el cerebelo también encontramos otras zonas pero no se distinguen fisiológicamente. Básicamente es una zona de conexiones. A modo de ejemplo, el lóbulo anterior conecta con la corteza. Recibe las ondas de la corteza, las sinapsis procedentes de la corteza. El lóbulo posterior es el encargado de elaborar y programar el movimiento. Envia ondas hacia los músculos para realizar el movimiento correspondiente. Como os podréis imaginar este procese es enormemente complejo. Finalmente, el floculo nodular está conectado con las informaciones de posición, eje del cuerpo, eje de gravedad, etc. De este modo está conectado con las informaciones clave para que el lóbulo posterior pueda realizar todos los cálculos que necesita. Como podéis ver, el cerebelo es el responsable del control del error y, para ello, también tiene conexiones desde el núcleo vestibular y los ganglios de base. Salen conexiones hacia el tálamo y el bulbo y, desde aquí, hacia la corteza.

By en:User:Semiconscious [Public domain], via Wikimedia Commons

Imagen de RMN (Resonancia Magnética Nuclear) de una sección sagital de un encéfalo humano. Cerebelo en púrpura.

B ien. Finalmente, ahora debemos hablar del Cerebro Alto o Cerebro Superior. Veréis, básicamente está formado por dos centros distintos. El primero es el Sistema Límbico y, el segundo, es la Corteza Cerebral.

By US Government [Public domain], via Wikimedia Commons

El Sistema Límbico (rojo, en la imagen de la izquierda) y localización de la Corteza Cerebral (imagen derecha).

Como decíamos, el Sistema Límbico se ocupa de las reacciones instintivas como, por ejemplo, la conducta, las emociones, los impulsos subconscientes y las sensaciones del dolor y placer. Recordad, es la parte más primitiva de la corteza, del cerebro superior. Los animales inferiores tienen mucha corteza de este tipo porque NO realizan funciones muy complejas. Además, el sistema límbico también se ocupa de la osmoregulación, es decir, de la regulación de la temperatura y del peso, junto con el hipotálamo.

Henry Vandyke Carter [Public domain], via Wikimedia Commons

El hipocampo está localizado en la parte medial del lóbulo temporal del cerebro. En esta vista lateral del cerebro humano, el lóbulo frontal está a la izquierda, el lóbulo occipital a la derecha, y los lóbulos temporal y parietal han sido retirados en gran medida para revelar el hipocampo subyacente. El hipocampo, consiste en dos "cuernos" que describen una curva que va desde el área del hipotálamo hasta la amígdala, está relacionado con la transformación de lo que se encuentra en tu mente ahora (memoria a corto plazo), en lo que recordarás por un largo período de tiempo (memoria a largo plazo). También es aquel en donde se encuentra la memoria a corto, largo plazo y el aprendizaje. La información está recogida por el fórnix que la lleva a los cuerpos mamilares. Desde aquí va al núcleo anterior del tálamo que envía la información hasta la corteza cerebral. Está formado por varias estructuras cerebrales que se activan ante estímulos emocionales.

L as partes más importantes del Sistema Límbico de las que os quiero hablar son el Hipocampo y la Amígdala que, juntos, forman los centros subcorticales (bajo la corteza cerebral). La tercera región importante es la Corteza Límbica. Veréis, el hipocampo es muy importante porque se ocupa del control de la conducta, es decir, el instinto. Por ejemplo, el hipocampo es el responsable del control de la ira, la rabia y todos aquellos circuitos que intervienen en la memoria. Como muchos comportamientos se aprenden, como por ejemplo la caza en los animales, deben de poder ser recordados más adelante.

En cuanto a la Amígdala, cabe destacar que es la responsable del control de los patrones vegetativos, es decir, la protección del fío o calor, comer, beber, etc. Además, también es el centro de recompensa y placer. Es curioso, porque se dice que los olores están muy relacionados con el placer y resulta interesante que la amígdala también realiza la integración olfatoria, muy importante en animales, como podéis imaginar. El olor para los animales es un sentido tan importante como la vista para nosotros. Confían en él porqué no importa si es de día o de noche, el olor es, de algún modo, atemporal. Recordad, la amígdala cerebral es una masa con forma y tamaño de dos almendras que está situada a ambos lados del tálamo, en el extremo inferior del hipocampo. Cuando es estimulada eléctricamente, los animales responden con agresión, y cuando es extirpada, los mismos se vuelven dóciles y no vuelven a responder a estímulos que les habrían causado rabia; también se vuelven indiferentes a estímulos que les habrían causado miedo o respuestas de tipo sexual. Ésta es la responsable de que por ejemplo, cuando alguien nos atrae emocionalmente se nos dilaten las pupilas o que, por ejemplo, nos pongamos colorados cuando nos toca hacer una exposición.

By Amber Rieder, Jenna Traynor, Geoffrey B Hall [CC0], from Wikimedia Commons

Imagen de resonancia magnética de la amígdala derecha.

Los recuerdos de experiencias emocionales que han dejado huella en conexiones sinápticas de los núcleos laterales inducen conductas asociadas con la emoción de miedo a través de conexiones con el núcleo central de la amígdala. El núcleo central está involucrado en el comienzo de las respuestas de miedo, incluida la paralización, taquicardia, incremento de la respiración y liberación de hormonas del estrés. Daños en la amígdala impiden tanto la adquisición como la expresión del condicionamiento de miedo, una forma de condicionamiento clásico de respuestas emocionales. La amígdala también está involucrada en la consolidación de la memoria. Después de cualquier evento de aprendizaje, la memoria a largo plazo para el estímulo no se forma de manera instantánea, sino que la información relacionada con ese evento es asimilada lentamente a través de una consolidación a largo plazo a lo largo del tiempo (la duración de la consolidación puede llegar a durar toda la vida), un proceso llamado consolidación de la memoria, hasta que alcanza un, relativamente, estado permanente. Durante el periodo de consolidación, la memoria puede ser modulada. En particular, parece que la activación emocional después del evento de aprendizaje influye en la fuerza que tendrá la memoria posterior para ese evento. Una gran activación emocional posterior al evento enriquece la retención de información de una persona para ese evento. En cuanto a la Corteza Límbica, hay que decir que es la encargada de los patrones de conducta, al igual que también lo era el hipocampo. La Corteza Límbica también es uno de los centros del castigo y del dolor.

By User:Antonsusi (File:Gedächtnis modell.svg) [CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

Esquema del proceso de memorizar, según Abenteuer Psyche (Gabriele Amann, Rudolf Wippinger). Auflage, Abbildung 3.16.

Cuando comemos, por ejemplo, se activa el centro de recompensa o placer. También se activa cuando realizamos actividades que nos gustan, como estar con nuestros amigos o cuando jugamos a algo que nos gusta muchísimo. Además, como vamos repitiendo estos comportamientos durante nuestra vida, si son saludables, aumentarán de algún modo la eficacia reproductiva de la especie. En cambio, los comportamientos en contra del individuo, como por ejemplo, acercarnos demasiado al fuego, harán que se active el centro de castigo y del dolor, que dará lugar a una sensación de dolor y, a largo plazo, esta sensación hará que vayamos evitando esa situación.

By Images are generated by Life Science Databases(LSDB). [CC BY-SA 2.1 jp (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.1/jp/deed.en)], via Wikimedia Commons

Animación tridimensional del cerebro humano mostrando el Hipocampo en rojo en el interior de un cráneo transparente.

By Hippocampus_and_seahorse.JPG: Professor Laszlo Seressderivative work: Anthonyhcole (Hippocampus_and_seahorse.JPG) [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Hipocampo y fornix comparados con un caballito de mar. El hipocampo (del latín: hippocampus, que a su vez procede del griego: ιππος, hippos = caballo, y καμπος, kampos = el monstruo marino Campe) es una de las principales estructuras del cerebro humano y otros mamíferos. Nominado por el anatomista del siglo XVI Giulio Cesare Aranzio, quien apreció una semejanza con la forma del caballito de mar, hipocampo. Aunque tiene origen en una estructura del cerebro de los vertebrados denominada palio, que comprendía funciones olfativas, en su actual diseño en los mamíferos desempeña principalmente funciones importantes en la memoria y el manejo del espacio. Los estudios sobre su función en humanos son escasos, pero se ha investigado ampliamente en roedores como parte del sistema cerebral responsable de la memoria espacial y la navegación. Muchas neuronas del hipocampo de ratas y ratones responden disparando potenciales de acción cuando el individuo atraviesa por una zona específica de su entorno, como "células del lugar" o células de posición.

En cuanto a la Corteza Cerebral, cabe destacar que está formado por un tejido muy homogéneo relativamente blando. Se encuentra en la zona superior del encéfalo y tiene un surco central. Los plegamientos que presenta se llaman circunvalaciones cerebrales. Se pueden diferenciar dos grandes bloques dónde podemos encontrar el lóbulo frontal, el lóbulo occipital, dos lóbulos parietales (zona superior) y dos lóbulos temporales (zona inferior).

Henry Vandyke Carter [Public domain], via Wikimedia Commons

Fisuras principales y lóbulos del cerebro vistos lateralmente. Podemos diferenciar el Lóbulo Frontal (azul), Lóbulo Occipital (rojo), Lóbulo Temporal (verde) y Lóbulo Parietal (amarillo).

En la corteza cerebral exiten unas 1010 neuronas, aproximadamente. Recordemos que la corteza cerebral está colonizada por multitud de poblaciones neuronales distintas; sin embargo, estas poblaciones se pueden reunir en dos grandes grupos, interneuronas o células de proyección intracortical y células piramidales (dada la morfología de su cuerpo celular) de proyección a larga distancia. Esta diversidad celular sirvió a Brodmann de base para subdividir esta estructura en seis capas horizontales contadas desde la superficie pial (en íntimo contacto con la piamadre) a la sustancia blanca (porción interna de la corteza cerebral por donde transcurren los axones que entran y salen de esta estructura). El análisis computacional de la compleja red cerebral revelan regiones de la corteza que están muy conectadas y muy centralizadas, formando un núcleo estructural del cerebro humano. Principales componentes del núcleo son partes de la corteza media posterior que se sabe que son muy activas en reposo, cuando el cerebro no esté involucrado en una tarea cognitivamente exigente. Las conexiones neuronales de la corteza son estimuladas por la información y se fortalecen y vinculan al contexto emocional en que se forman. Una vez codificadas una memoria reside en la región de la corteza en la que la información fue percibida y procesada. Cuando sea necesario, o suscitado por la emoción, esa memoria se activa para utilizarse como memoria de trabajo.

By Polygon data were generated by Database Center for Life Science(DBCLS)[2]. (Polygon data are from BodyParts3D[1]) [CC BY-SA 2.1 jp (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.1/jp/deed.en)], via Wikimedia Commons

Animación tridimensional del cerebro humano mostrando el lóbulo parietal izquierdo en rojo en el interior de un cráneo transparente. El hemisferio cerebral derecho no se muestra con el fin de presentar mejor este lóbulo.

Es difícil determinar la función exacta de cada parte del cerebro pero, aun así, los investigadores que estudian las funciones de la corteza la dividen en tres regiones, categorías funcionales o áreas. Una consiste en las áreas sensoriales primarias (de músculo a músculo), que reciben señales de los nervios sensoriales y las envían a través de núcleos de relevo en el tálamo. Las áreas sensoriales primarias incluyen el área visual del lóbulo occipital, el área auditiva en partes del lóbulo temporal y la corteza insular, y el área somatosensorial en el lóbulo parietal. Es decir, las áreas sensoriales primarias son las encargadas de captar las sensaciones periféricas del cuerpo, como por ejemplo el movimiento o el tacto. Son ordenes de ida. Las áreas sensoriales primarias serán las responsables de la recepción y representación de cada parte de nuestro cuerpo y depende de una gran cantidad de receptores distribuidos en cada región de nuestro cuerpo. Esta área es la encargada de captar y determinar de dónde vienen los estímulos. Una segunda categoría es el área motora primaria o área somática, que envía axones hasta las neuronas motoras del tronco encefálico y la médula espinal. Esta zona ocupa la parte posterior del lóbulo frontal, justo delante del área somatosensorial y es uno de los primeros niveles de las ordenes motoras, es decir, son ordenes de vuelta. La área somática de la corteza primaria tiene una región especializada en dar ordenes. En este sentido, la área de producción de sonido (hablar) es relativamente grande. La tercera categoría se compone de las partes restantes de la corteza, que se denominan áreas de asociación. Estas áreas reciben información entrante de las áreas sensoriales y partes inferiores del cerebro y están implicadas en el complejo proceso que llamamos percepción, pensamiento y la toma de decisiones. Como hemos comentado, las áreas de asociación se encargan de regular movimientos muy comnplejos, es decir, movimientos que necesiten realizar una secuencia en el tiempo, una programación o funciones superiores que son funciones típicas de la especie humana. Dentro de esta región, podemos hablar de que en la zona temporal o zona de Werniske se encuentran aspectos relacionados con el lenguaje, que es una función superior (como el contexto de una frase, por ejemplo). Por otro lado, también encontramos que la zona prefrontal, con una gran superfície, contiene las capacidades típicas humanas como, por ejemplo, la capacidad de relacionarse y la capacidad de asociación, así como la de las matemáticas, la abstracción y la comprensión.'' En cuanto a las áreas secundarias, tienen una acción motora en la que suelen intervenir muchos músculos. Se trata de movimientos largos o secuencias de movimientos que afectan a una zona determinada. Debe de existir una coordinación entre los músculos. Estas áreas secundarias relacionan los movimientos y están al lado de las áreas primarias.

Cada hemisferio del cerebro interactúa principalmente con la mitad del cuerpo, pero por razones que no están claras, las conexiones se cruzan: el lado izquierdo del cerebro interactúa con el lado derecho del cuerpo, y viceversa. Las conexiones motoras desde el cerebro hasta la médula espinal, y las conexiones sensoriales desde la médula espinal hasta el cerebro, ambas cruzan la línea media al nivel del tronco encefálico. La información visual sigue una regla más compleja: los nervios ópticos de los dos ojos se unen en un punto llamado el quiasma óptico, y la mitad de las fibras de cada nervio se separan para unirse a la otra. El resultado es que las conexiones de la mitad izquierda de la retina en ambos ojos, van hacia el lado izquierdo del cerebro, mientras que las conexiones de la mitad derecha de la retina van hacia el lado derecho del cerebro. Debido a que cada mitad de la retina recibe la luz procedente de la mitad opuesta del campo visual, la consecuencia funcional es que la información visual desde el lado izquierdo del mundo va al lado derecho del cerebro, y viceversa. Así, el lado derecho del cerebro recibe información somatosensorial del lado izquierdo del cuerpo, e información visual del lado izquierdo del campo visual, una disposición que, presumiblemente, ayuda a la coordinación visomotora. Los dos hemisferios cerebrales están conectados por un ramillete nervioso muy grande llamado el cuerpo calloso,​ que cruza la línea media por encima del nivel del tálamo. Hay también dos conexiones muy pequeñas, la comisura anterior y la comisura del hipocampo, así como gran número de conexiones subcorticales que cruzan la línea media. Sin embargo, el cuerpo calloso es la avenida principal de comunicación entre los dos hemisferios. Él conecta cada punto de la corteza hasta su punto equivalente en el hemisferio opuesto, y también conecta a puntos relacionados funcionalmente en diferentes áreas corticales. En muchos aspectos, los lados izquierdo y derecho del cerebro son simétricos en términos de función. Por ejemplo, la contraparte del área motora del hemisferio izquierdo que controla la mano derecha es el área del hemisferio derecho que controla la mano izquierda. Hay, sin embargo, varias excepciones muy importantes, que implican el lenguaje y la cognición espacial. En la mayoría de las personas, el hemisferio izquierdo es "dominante" para el lenguaje: una lesión que dañe un área clave del lenguaje en el hemisferio izquierdo pueden dejar a la víctima incapaz de hablar o entender el habla, mientras que un daño equivalente en el hemisferio derecho podría causar sólo una ligera incapacidad en las habilidades del lenguaje.

By Vaughan, Autor do site psypress (psypress [1]) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Partes del encéfalo (en inglés latinista). En el diagrama, el cuerpo calloso es la zona coloreada de rojo.

Finalmente, me gustaría volver a comentar que la memoria está relacionada con las funciones superiores (áreas de asociación). Algunos centros se encuentran en el sistema límbico. En principio se acepta que existen 3 tipos de memoria. La Memoria Sensorial que dura segundos. El cerebro tiene constancia que se ha realizado un movimiento y entonces el cerebelo también recibe la señal de que se ha realizado el movimiento pero cuando esta señal se acaba, ya no quedará constancia del movimiento anterior. Es decir, el movimiento no queda almacenado en memoria. Si necesitamos el movimiento será otro tipo de memoria la encargada de almacenarlo. La Memoria a Corto Plazo de segundos a minutos. Implica la capacidad de retención a tiempo corto (como por ejemplo un número de teléfono). Este tipo de memoria funciona mientras activamos el circuito. Finalmente, la Memoria a Largo Plazo se subdivide en recuerdos del nombre de un amigo (podemos olvidarlo si no lo vemos de forma recurrente) o recuerdo de nuestro propio nombre (nunca nos olvidaremos). En este caso, existen dendritas permanentes que jamás dejaran de mantener conexiones con dicha región.

¿Os ha gustado el capítulo? Deseo que ahora, por muy difícil que sea, podamos entender un poquito más cómo funciona la memoria y, en parte, nuestro cerebro. Habéis aprendido muchísimo en este capítulo, aunque ahora mismo quizá no os déis cuenta. Ya veréis, poco a poco sabreis más y más sobre vosotros mismos. No os perdáis el tercer capitulo sobre fisiología animal donde hablaremos sobre nuestro sistema circulatorio. ¡¡¡ Ya queda menos para volver al reino de los genes !!! Os esperamos en la tercera parte del octavo capitulo llamado, ¿QUÉ ES UN GEN? | FISIOLOGÍA ANIMAL | PARTE 3. Deseamos que os haya gustado y no olvidéis preguntar todas vuestras dudas en nuestro Facebook. Allí́ estaremos para responder. Muchas gracias a todos.

Dr David Gallardo Garcia- Escritor

Nacido en 1981 en Castellar del Vallès, España. Forma parte de la segunda promoción de licenciados en Biotecnología de la UAB. Dr. en Producción Animal, realizó su trabajo de investigador en el campo de la mejora genética animal.

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A lo largo de nuestros artículos aprenderemos cómo funciona nuestro cuerpo, qué nos asemeja y qué nos diferencia del resto de seres vivos. Aprenderemos todo cuanto necesitemos para llegar a entender la que es la mayor de mis pasiones, el código genético, lo que somos, lo que fuimos, lo que estamos destinados a ser. Pero... ¿Qué es un gen?

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