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El proceso de mantener relativamente estables las propiedades internas de un organismo, como los niveles de glucosa en sangre, la temperatura central o el pH, se conoce como homeostasis. Factores como la temperatura y el pH son fundamentales para mantener la función celular y deben permanecer inalterados ante cualquier cambio o presión. Otras entradas externas que pueden constituir una amenaza, como un objeto rápido que se mueve hacia ti o tocar algo afilado, también deben provocar una acción correctiva que evite o mitigue el daño a un organismo.
Sistemas de coordinación
La homeostasis se consigue mediante mecanismos reguladores que proporcionan estabilidad cuando los cambios introducen un desequilibrio en un sistema biológico. Los receptores detectan primero cualquier cambio significativo mediante estímulos, su significado se evalúa en un centro de control y se genera una respuesta, normalmente una acción correctiva, que se envía a un efector.
Los organismos pluricelulares complejos, como los animales o las plantas, requieren amplios sistemas de coordinación y señalización que permitan la comunicación entre receptores y efectores y posibiliten respuestas reguladoras complejas entre distintas partes del cuerpo.
En los animales, dos sistemas de coordinación transmiten información entre receptores y efectores. Ambos sistemas intervienen en la respuesta a los estímulos, pero de formas distintas:
- Sistemanervioso - la información se transmite rápidamente y de forma selectiva mediante impulsos eléctricos que viajan a través de nervios repartidos por todo el cuerpo, conectando los receptores con los centros de control y los efectores.
- Sistemaendocrino - la información se transmite más lentamente y de forma menos específica a través de hormonas liberadas al torrente sanguíneo. Las hormonas son mensajeros químicos producidos por las glándulas tras recibir un estímulo.
Los impulsos eléctricos también se conocen como potenciales de acción.
En las plantas, la respuesta a los estímulos se realiza exclusivamente mediante sistemas de comunicación química, como las hormonas vegetales, y no mediante impulsos eléctricos.
Sistema nervioso
Hay dos componentes del sistema nervioso:
- El sistema nervioso central (SNC)
- El sistema nervioso periférico (SNP)
El SNC actúa como centro de control en todos los mamíferos y está formado por el cerebro y la médula espinal, mientras que el SNP comprende los nervios que conectan el SNC con los receptores/órganos sensoriales y los órganos efectores. Las células nerviosas se denominan neuronas y son la unidad funcional del sistema nervioso. La propagación de impulsos eléctricos inducidos por estímulos a través de las neuronas permite activar los efectores y generar una respuesta.
Según su función de propagación de la información dentro del sistema nervioso, existen tres tipos diferentes de neuronas.
- Neuronassensoriales - transmiten información (impulso eléctrico) desde los receptores al SNC.
- Neuronasintermedias - forman parte del SNC (centro de control), transmiten los impulsos de las neuronas sensoriales a las motoras conectando los receptores con los efectores.
- Neuronas motoras - transmiten la información (impulso eléctrico) del SNC a los órganos efectores.
Las neuronas intermedias también se conocen como neuronas de relevo.
La mayoría de los estímulos externos se procesan y resuelven mediante la coordinación del sistema nervioso. Desde el momento en que se detecta un cambio que amenaza la homeostasis en un sistema biológico, desencadenando un estímulo, hasta el momento en que se necesita una respuesta para restablecer el equilibrio. Un impulso eléctrico viaja por el sistema nervioso a través de la siguiente vía:
- Receptor
- Neurona sensorial
- Neurona intermedia
- Neurona motora
- Célula/órgano efector
Los órganos sensoriales
Los órganos sensoriales son un conjunto de células especializadas o receptores sensoriales encargados de percibir nuestro entorno y señalar los cambios que se producen a nuestro alrededor. Los órganos/receptores sensoriales son el primer elemento de la cadena estímulo-respuesta que permite a todos los organismos ajustarse a las presiones externas y sobrevivir en un entorno siempre cambiante.
Nuestros órganos sensoriales o de los sentidos son responsables de nuestros cinco sentidos:
- Tacto - piel
- Gusto - lengua
- Olfato - nariz
- Audición - oídos
- Visión - ojos
Tipos de receptores sensoriales
Un estímulo se produce cuando un factor específico, como presión/movimiento, sustancias químicas, calor, luz u otros, cambia y es detectado por un receptor sensorial.
Hay distintos tipos de receptores presentes en todos los órganos de los sentidos responsables de captar distintos estímulos, pero a grandes rasgos se dividen en cuatro categorías principales:
- Mecanorreceptores - se activan por cambios de presión y movimiento y pueden encontrarse, por ejemplo, en la piel o los oídos.
- Quimiorreceptores : detectan la presencia de sustancias químicas en olores o alimentos y pueden encontrarse en la nariz o la lengua.
- Termorreceptores : detectan cambios térmicos importantes en la piel o la lengua.
- Fotorreceptores : detectan la luz y se encuentran en los ojos.
A pesar de reaccionar ante estímulos diferentes, todos los receptores sensoriales comparten dos características principales:
- Detectan un tipo específico de estímulo (por ejemplo, la luz)
- Actúan como transductores
Los transductores convierten la energía de una forma a otra. En este caso, las distintas entradas de energía, en forma de calor o luz entre otras, son convertidas por todos los receptores sensoriales en energía eléctrica en forma de impulso nervioso eléctrico.
El impulso eléctrico se genera porque al activarse por un estímulo, los receptores crean un potencial de acción en una neurona sensorial vecina que se propaga por los nervios del SNP hasta llegar al SNC. La frecuencia y la cantidad de impulsos eléctricos similares que llegan al SNC informan al centro de control sobre la naturaleza y la amenaza del cambio. El SNC envía entonces una respuesta adecuada a un órgano efector en forma de impulso eléctrico. El efector emprende una acción adecuada, normalmente correctiva, que contrarresta los efectos del cambio en el sistema biológico.
El corpúsculo paciniano es un mecanorreceptor que se encuentra en la profundidad de la piel y detecta la presión mecánica.
La mayoría de los receptores sensoriales son células especializadas con zonas sensoriales que captan las señales del entorno, como los quimiorreceptores de nuestras papilas gustativas, que distinguen distintos sabores detectando diferentes compuestos químicos y transmiten la información a las neuronas sensoriales. Sin embargo, hay receptores, como algunos receptores del tacto, que son los extremos de las propias neuronas sensoriales.
Célula receptora del ojo
Dos células especializadas funcionan como nuestros receptores sensoriales de la visión. Las células de los bastones y las células de los conos son fotorreceptores que se encuentran en la retina, la capa más interna del ojo de los mamíferos. Como fotorreceptores, los bastones y los conos son responsables de convertir la energía luminosa en energía eléctrica en forma de impulso eléctrico que se propaga a través del nervio óptico hasta el SNC. Esto permite evaluar los estímulos visuales e informar el comportamiento.
Los estímulos luminosos provocan la degradación del pigmento rodopsina (células de los bastones) o yodopsina (células de los conos), desencadenando un potencial generador en las células bipolares vecinas (neuronas) que inician el impulso eléctrico.
Un potencial generador describe un cambio en la diferencia de voltaje (potencial de membrana) de una membrana celular. Cuando el potencial de membrana supera un valor umbral, se crea un potencial de acción.
Las células de los bastones y los conos se complementan para responder a diferentes estímulos luminosos. Las células de los bastones son capaces de detectar luz de muy baja intensidad, lo que nos permite ver en entornos de baja intensidad luminosa, como por la noche. Sin embargo, las células bastón sólo pueden proporcionar visión en blanco y negro y una agudeza visual baja. Las células cónicas, por el contrario, pueden distinguir entre distintas longitudes de onda de la luz, por lo que podemos ver a todo color. Además, las células cónicas sólo responden a intensidades de luz elevadas y proporcionan una visión muy precisa (agudeza visual).
Definición de efectores
Losefectores son células u órganos que llevan a cabo una respuesta como reacción a un estímulo.
Suelen ser músculos o glándulas activados por neuronas motoras, el último elemento de la cadena estímulo-respuesta. Una vez activada, la respuesta suele consistir en la contracción de un músculo o en la liberación de una hormona por una glándula que puede provocar el resultado deseado.
Acción refleja
Un acto reflejo es un tipo particular de respuesta involuntaria a estímulos sensoriales. Los estímulos específicos y potencialmente nocivos pueden provocar una respuesta automática muy rápida del sistema nervioso sin que intervenga el pensamiento consciente.
Cuando tocas algo caliente, tu mano se retira rápidamente para evitar posibles daños mayores a tu cuerpo. Incluso antes de que el cerebro se dé cuenta de que tu mano está caliente, ya la está apartando la contracción muscular del brazo.
La naturaleza involuntaria de esta acción minimiza el daño potencial de las amenazas al reducir el tiempo de reacción. La vía de neuronas responsable de los actos reflejos también se denomina arco reflejo.
Diagrama de los actos reflejos
El diagrama de la Fig. 2 ilustra el mencionado arco reflejo (también conocido como reflejo de retirada) y sigue una cadena típica del sistema nervioso estímulo-respuesta.
Fig. 2 - El reflejo de retirada
Los termorreceptores de la piel detectan el cambio de temperatura y se contrae un efector muscular para apartar la mano y anular el cambio que desencadenó el estímulo. En este caso, el centro de control se encuentra en la médula espinal. En toda la vía sólo intervienen dos o tres neuronas (a veces no hay ninguna neurona intermedia implicada) con una o dos sinapsis (mecanismo de comunicación entre neuronas), por eso la acción es tan rápida. El impulso también viaja hasta el cerebro desde la médula espinal, pero la reacción se desencadena inmediatamente desde la médula espinal para acelerar el tiempo de respuesta.
Las sinapsis describen las uniones entre dos neuronas o entre una neurona y una célula efectora.
Existen varios arcos reflejos diferentes para distintos estímulos peligrosos, pero la respuesta de cada estímulo específico es siempre la misma porque es inconsciente. Además del reflejo de retirada, otros arcos reflejos son el reflejo rotuliano (reflejo espinal resultante del estiramiento del tendón rotuliano) o el reflejo del parpadeo (parpadeo involuntario de los párpados).
Supervivencia y respuesta - Puntos clave
- Los receptores sensoriales se encuentran en nuestros órganos sensoriales (piel, lengua, nariz, ojos, oídos) y captan los estímulos externos. Son responsables de nuestros cinco sentidos (tacto, gusto, olfato, visión, oído).
- Los receptores sensoriales se dividenen cuatro categorías principales: mecanorreceptores, quimiorreceptores, termorreceptores y fotorreceptores.
- Cada receptor sensorial sólo detecta un tipo de estímulo y actúa como transductor, convirtiendo la energía de distintas formas en energía eléctrica. Lascélulas de los conos y los bastones de la retina del ojo de los mamíferos, por ejemplo, son fotorreceptores, responsables de convertir la energía luminosa en un impulso eléctrico que nos permite ver lo que nos rodea.
- Los efectores son células u órganos, normalmente músculos o glándulas, que llevan a cabo una respuesta coordinada por el sistema nervioso como reacción a un estímulo.
- Los actos reflejos son respuestas rápidas e involuntarias a estímulos potencialmente nocivos que ocurren sin pensamiento consciente. La vía de neuronas implicadas en un acto reflejo se denomina arco reflejo.
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