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¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 4
SISTEMA NERVIOSO | FISIOLOGÍA ANIMAL

Bienvenido. En este capítulo nos iniciaremos en los conceptos más importantes relacionados con la fisiología animal. Aprenderemos cómo funciona nuestro cuerpo y qué mecanismos y moléculas usa para funcionar. Más adelante, en capítulos posteriores, hablaremos sobre la causa de distintos trastornos y, para poder entenderlo, antes, deberemos comprender muy bien cómo funcionan nuestros órganos y cómo se comunican entre ellos. Este es un capítulo dónde os revelaremos muchísimos conceptos importantes que os encantará entender. Cuando acabéis de leer los capítulos sobre fisiología entenderéis mucho mejor la razón por la cual respiramos, nos alimentamos o, por ejemplo, porqué necesitamos dormir para descansar. Si la virología me apasiona, la fisiología animal sería mi segundo hobby. ¿Cómo algunos animales pueden hacer lo que hacen? ¿Cómo los camaleones o las sepias pueden cambiar de color para comunicarse o camuflarse?

By Movingsaletoday edited by Muhammad [Public domain], from Wikimedia Commons

Los camaleones son famosos por su habilidad de cambiar de color según las circunstancias, por su lengua rápida y alargada, y por sus ojos, que pueden ser movidos independientemente el uno del otro. Al contrario de lo que algunos creen, no son incoloros, ni mudan de color solo de acuerdo con el del ambiente; en realidad, el cambio de su color básico expresa más a menudo una condición fisiológica (relacionada con la temperatura o la hora del día) o una condición psicológica (provocada por la proximidad de un eventual adversario o pareja). El cambio de color también tiene un papel importante en la comunicación durante las luchas entre camaleones: los colores indican si el oponente está asustado o furioso. Accidentalmente, el cambio de color puede ayudar a la ocultación del animal, aunque esta no es una ocurrencia frecuente, y sí ocasional.

¿Cómo las anguilas eléctricas pueden atacar a otros peces mediante descargas eléctricas que ellas mismas generan?
By opencage (http://opencage.info/pics.e/large_9953.asp) [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

La llamada anguila eléctrica (Electrophorus electricus), también llamada temblón, temblador, gimnoto, pilaké o poraquê, es una especie de pez de la familia Gymnotidae.​ Puede emitir descargas eléctricas de hasta 850 voltios a partir de un grupo de células especializadas. Emplea las descargas eléctricas para cazar presas, para defenderse y para comunicarse con sus similares. Es la única especie de su género.

¿Cómo algunas medusas han evolucionado hasta ser inmortales?
https://okdiario.com/curiosidades/2017/11/27/turritopsis-nutricula-medusa-eterna-juventud-1554394

Turritopsis nutricula es una especie de hidrozoo hidroideo de la familia Oceanidae con un ciclo de vida en el que se revierte a pólipo después de llegar a su maduración sexual. Es uno de los casos conocidos de metazoo capaz de revertir su edad adulta a una edad sexualmente inmadura de forma individual. Otros animales biológicamente inmortales incluyen la medusa Laodicea undulata y Aurelia sp., así como la medusa del mismo género Turritopsis dohrnii.2​ Es capaz de realizarlo a través de un proceso celular de transdiferenciación. Teóricamente, este ciclo puede repetirse indefinidamente, presentándose como biológicamente inmortal. Es originaria de los mares del Caribe pero se ha extendido por todo el mundo.

¿Cómo pueden hibernar algunos animales como los osos o las mariposas durante meses sin sufrir mal o enfermedad alguna? ¿En qué consiste la metamorfosis de algunas orugas? ¿Cómo, por ejemplo en el caso de los bichos "bola", sus bacterias pueden llegar a modificar el genoma de su huésped hasta, incluso, hacerles cambiar de sexo en función de las necesidades de la bacteria?
By Franco Folini (San Francisco, California) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

Algunas especies de cochinilla tienen la capacidad de enrollarse sobre sí mismas, formando una bola cuando se sienten amenazadas, o si su espacio es muy pequeño. Su exoesqueleto presenta una forma de acordeón que les facilita este enrollamiento. Suelen hallarse en lugares oscuros y húmedos, como debajo de madera podrida o en rendijas y grietas, debido a que necesitan estar en contacto con una superficie húmeda para poder respirar (realizar el intercambio gaseoso por medio de unas laminitas ventrales al final de su cuerpo). Se alimentan de materia vegetal y restos animales, sus piezas bucales están adaptadas para masticar comida sólida, como pueden ser hojas y exoesqueletos de insectos muertos. Para reproducirse cuentan con una bolsa o saco abdominal especial en el que incuban sus huevos, dando lugar a versiones en miniatura de los adultos, que crecen mudando de piel hasta alcanzar el estado adulto. Presentan siete pares de patas caminadoras o pereópodas similares entre ellas, con las que se desplazan.

¿Porqué las tortugas o los cocodrilos tienen embriones con un género u otro en función de la temperatura ambiental? ¿Qué genes se han modificado para que los caballitos de mar machos puedan llevar a cabo una parte de la gestación de sus crías?
By Reijnen BT, van der Meij SET, van Ofwegen LP [CC BY 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

El cuerpo de los caballitos de mar está cubierto por una armadura de placas o anillos de constitución ósea. Su forma de nadar es muy diferente a la de los demás peces, así como la característica de tener el cuerpo en ángulo recto con la cabeza, hecho que no se da en ningún otro género conocido de peces. Adoptan una posición erecta, impulsándose con su aleta dorsal. Son miméticos, y, según la especie, capaces de desarrollar largos filamentos de piel, o cambiar su color, para confundirse entre las macroalgas de su entorno.6​ Esta estrategia de camuflaje es vital para su supervivencia, ya que, al ser muy lentos de movimientos, no pueden huir eficazmente de sus depredadores. En esta especie animal es el macho quien se ocupa del desarrollo de los huevos. La hembra usa su ovopositor para insertar los huevos maduros dentro de la bolsa incubadora del macho, en donde son fertilizados.

¿Por qué el ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus), un mamífero venenoso, con hocico en forma de pico de pato, cola de castor y patas de nutria, pone huevos parecidos a los de un reptil en lugar de dar a luz crías vivas?
By Rainbow606 [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons

Ornitorrinco en su medio natural. Normalmente sus inmersiones duran unos 30 segundos. Son los únicos mamíferos de los que se sabe que tienen un sentido de electrorrecepción; localizan sus presas, en parte, mediante la detección de campos eléctricos generados por las contracciones musculares de estas.

¿Sabíais que las ballenas aun conservan unas piernas ancestrales escondidas dentro de su cuerpo?
By Meyers Konversionlexikon (Meyers Konversionlexikon 1888) [Public domain or Public domain], via Wikimedia Commons

La letra C en la imagen indica las patas traseras sin desarrollar de una ballena barbada.

¿Como consiguen volar algunas grandes aves de gran peso? Son tantas y tantas preguntas por responder ... ¿Pero a que son chulas? ¿Queréis que las respondamos todas ellas? ¡¡¡ Pues adelante !!!


M e gustaría iniciar este capítulo hablando de un concepto que acabamos de repasar en el último capítulo. La Homeostasi. ¿Recordáis? Definimos la homeostasi como la finalidad de los sistemas fisiológicos, que consiste en mantener la constancia de nuestros elementos que pueden verse alterados por alteraciones externas. Es decir, cuando se alteran las condiciones, el sistema fisiológico empieza a trabajar específicamente para recuperar las variables propias del organismo (homeostasi). En principio, hay dos tipos de regulación. La regulación fina que actúa en condiciones normales como, por ejemplo, cuando corremos para coger el tren o la regulación por alteraciones importantes. No os preocupéis, durante el capítulo iremos hablando de todos estos mecanismos de regulación.

P ues bien, como decíamos, los sistemas reguladores de nuestro organismo son el sistema nervioso y el sistema endocrino. Veréis. Lo que sucede es que cuando hay alteraciones internas o externas, como la temperatura o la luz, en los sistemas fisiológicos pueden producirse cambios en el sistema, fruto de un aumento de temperatura o de la luz que incide sobre nuestros cuerpos. Cuando esto sucede, normalmente, estos cambios en el sistema provocan respuestas que dan lugar a una recuperación del estado de equilibrio inicial. Los cambios provocan respuestas para poder recuperar las variables iniciales "buenas". Es muy fácil de entender si nos imaginamos distintos casos en nuestra vida diaria. Por ejemplo. Cuando estamos paseando en pleno agosto por el parque a una gran temperatura. ¿Qué sucede? Pues que la respuesta de nuestro cuerpo consiste en excretar agua (sudar) para poder enfriar nuestro cuerpo y volver al equilibrio de nuestro organismo. Otro ejemplo. Si por ejemplo nos cortamos sin querer con algún objeto, nuestro cuerpo, inmediatamente, bombeará agua hacia nuestro sistema circulatorio para recuperar el volumen de agua perdido. Además también enviará factores de coagulación que actuarán para taponar la herida. Como veis, nuestro cuerpo usará distintas respuestas en función del tipo de cambio al que se haya sometido a nuestro cuerpo. Pues bien, la homeostasi es el conjunto de respuestas que el organismo usa para recuperar las variables. Es decir, la homeostasis en sí se podría definir como el equilibrio de las variables.

Los delfines y las ballenas respiran por pulmones a través de un orificio llamado espiráculo el cual va conectado directamente hacia los pulmones por medio de la tráquea. Para respirar los delfines y las ballenas no necesitan sacar su cuerpo fuera del agua, por eso el espiráculo está ubicado en la parte superior de la cabeza. Hay un dato muy interesante sobre los cetáceos, y es que todos ellos respiran de manera voluntaria, es decir que tienen que pensar cada respiración que van a tomar. Por eso es que se dice que ellos no duermen, aunque en realidad si lo hacen, sí duermen pero de una manera muy peculiar. Dependiendo la especie de delfín o ballena tienen mayor o menor capacidad para bucear a una profundidad máxima.

C omo os explicamos en capítulos anteriores, se usa la expresión "medio interno" para definir el ambiente que contiene todas estas variables, como podría ser la sangre o los líquidos fisiológicos, dónde existen unas condiciones concretas por ejemplo, de temperatura o solubilidad, que se mantienen constantes.

D e forma general, se asume que las variables, en humanos, están definidas en unos margenes muy estrictos, es decir, que l'homeostasis tiene un margen pequeño, por ejemplo, de temperatura. Me explico. La homeostasi dependerá de la especie animal de la que estemos hablando y los sistemas que usa un animal para poder compensar una variable pueden ser completamente distintos de los que usa otro animal. Como recordaréis de los dos primeros capítulos, para las células es muy importante poder mantener una membrana que nos permite definir, de manera clara, un líquido intracelular y un líquido extracelular. En general, se asume que las células están en equilibrio porqué las membranas son semipermeables y, por lo tanto, hay una cierta permeabilidad que permite que no haya grandes cambios entre el exterior y el interior de la célula.

C abe destacar que esta situación es completamente distinta en las llamadas células excitables. En estas células encontramos concentraciones de iones muy distintas entre el interior y el exterior de la célula. Es decir, se trata de una célula desequilibrada respecto a sus componentes y, por lo tanto, puede cambiar de estado variando las concentraciones de iones de su interior. Además, esta particularidad les confiere a estas células concentraciones electroiónicas distintas a las del exterior. De forma muy simplificada se podría decir que cuando la célula está en un estado NO excitado es porqué ha llegado al "equilibrio". En cambio, cuando las concentraciones de iones son distintas entre el interior y el exterior de las células se considera que se encuentran en un estado de excitación. Nuestro cuerpo, y el de muchos otros animales, consigue fácilmente regular este mecanismo gracias a las llamadas bombas de iones que, básicamente, son proteínas ATPasas de Na+ (Sodio) K+ (Potasio), Na+K+ATPasas, que servirán para intercambiar iones Sodio (Na+) y Potasio (K+) a base de energía (en este caso en forma de ATP). El funcionamiento es bien sencillo. La energía que se obtiene de romper la molécula de ATP se usa para introducir 2 iones Potasio (K+) dentro de la célula. Además, la bomba expulsa 3 iones de Sodio (Na+) por cada 2 iones de Potasio (K+) que introduce dentro. De este modo, como podréis imaginar, se genera un aumento de la concentración de iones Potasio (K+) en el interior de la célula y una gran concentración de iones Sodio (Na+) en el exterior. Por lo tanto, habrá un desequilibrio entre la concentración de iones en el interior y el exterior de la célula, efecto característico único de las células excitables. A partir de aquí pueden suceder muchísimas cosas. Algunos de estos iones podrán "adherirse" a otros iones como, por ejemplo, el Cloro (Cl-), formando Cloruro Sódico (NaCl) o Cloruro Potásico (KCl), moléculas sin carga conocidas vulgarmente con el nombre de "Sal" o "Sal Común".

T ambién me gustaría comentar que existen canales de membrana pasivos, es decir, que no gastan energía. Existen canales de Sodio (Na+) y otros de Potasio (K+) que funcionan por gradiente. Es decir, que estas bombas de iones dejarán que el Sodio (Na+) pueda entrar a la célula, mientras que el Potasio (K+) puede salir. Este sistema lo usa el cuerpo para contrarrestar de forma progresiva el efecto de las bombas de iones anteriormente mencionadas. El definitiva, el resultado de todo este proceso es la formación de un gradiente de iones estable, dónde la concentración de iones de Sodio (Na+) del exterior y de iones Potasio (K+) del interior se irá regulando. De este modo la célula estará en potencial de reposo. Estará estable pero será dinámica, es decir, irá cambiando con el tiempo pero de una forma controlada por nuestro organismo. En algunas fuentes encontraréis este fenómeno definido como potencial de acción, o lo que es lo mismo, el cambio de estado de reposo a estado excitado que se produce porque hay un cambio en los canales de membrana. Debido a la excitación de los canales de membrana, se incrementa la permeabilidad del Sodio (Na+) unas 500 veces más deprisa, dando lugar a una entrada descomunal de iones Sodio (Na+) dentro de la célula. ¡¡¡ Este proceso se produce en un tiempo de entre 2 y 3 milisegundos !!! Cuando el Sodio (Na+) entra en tromba, decimos que hay una despolarización. En cambio, cuando vuelve a su estado de reposo, decimos que ha habido una repolarización. Ahora, se podrá transmitir este potencial (información en forma química y eléctrica) entre las células excitables. A este proceso se le conoce como sinapsis y es la base de la transmisión de información de nuestro cuerpo.

B ien, ahora podríamos hablar de todos los tipos de canales, etc, pero, en lugar de eso, lo importante es que recordéis que todos los canales son proteínas de membrana y que, prácticamente todos los canales, o lo que es lo mismo, las proteínas que las forman, son específicas y pueden estar abiertas o cerradas. El principal responsable del potencial de nuestro cuerpo es el ion Sodio (Na+) pero hay otros canales específicos que también producirán intercambio de iones como, por ejemplo, para el ión Ca2+ o los canales Na+-Ca2+ de nuestras células musculares. También se pueden producir potenciales en sentido contrario, es decir, se puede producir una polarización, y no una despolarización, como sucedía en el caso anterior. Además, ¡¡¡ estos potenciales no siempre tienen que acabar en un potencial de acción !!! En verdad, para que haya un potencial de acción toda la célula debe de estar excitada y, para ello, es necesario un mínimo de voltaje que normalmente se encuentra entre 10 y 15 mV. ¿Pensad? Cuando levantamos con los brazos un peso de, por ejemplo, 30 Kg y después probamos con 10 o 15 Kg, no notaremos un cambio. ¡¡¡ Casi parece que no nos cueste energía !!! Esto se debe a que no se dará un potencial de acción, es decir, que este peso no disparará los canales y, por lo tanto, no dará lugar a la propagación de la información. Por lo tanto, hasta que no lleguemos a un cierto voltaje, llamado Potencial Umbral (20 mV), no dará lugar al pico y, por lo tanto, al potencial de acción. En cualquier caso, habrá mecanismos que bloquearán y otros que activarán y, gracias a ello, nuestro organismo puede regularse con una extremada precisión en función del estímulo recibido.

By en:Memenen [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

A. Vista esquemática de un potencial de acción ideal, mostrando sus distintas fases. B. Registro real de un potencial de acción, normalmente deformado, comparado con el esquema debido a las técnicas electrofisiológicas utilizadas en la medición.

Esquema de una neurona.

I mportante. Como sabréis, en la parte superior de nuestro cerebro tenemos muchas variedades de neuronas. Cuando llega un estímulo como, por ejemplo, un sonido, luz, un golpe o cualquier estímulo procedente de otra neurona, va hasta la membrana celular y produce un potencial que puede que llegue al umbral o no. Además, el potencial puede que llegue por distintos puntos dando lugar a un conjunto de potenciales que se generan en pocos mili-segundos de diferencia con más o menos intensidad. Por lo tanto, no podemos predecir lo que hará una célula porqué es muy difícil de calcular si llegará al potencial de acción necesario. En definitiva, dependerá de la integración de todos los estímulos, del potencial que genere, de la cantidad y del número de estímulos. A todo ello se le llama estímulo de integración neuronal y, los más habituales son los que dan lugar a la sumación temporal y a la sumación espacial. La sumación temporal consiste en que un estímulo que llega se suma a uno que había llegado previamente. En cambio, la sumación espacial consiste en qué llegan 2 estímulos al mismo tiempo a distintos lugares de la célula y estos se integran. La decisión de si la neurona se activará, o no, se tomará en el cuello de la neurona. Si se ha llegado al potencial umbral, se "transformará" en un potencial de acción que se propagará a través del axón hasta la siguiente neurona. Si el estímulo no ha sido suficiente para llegar al potencial umbral, se quedará en espera de la llegada de nuevos estímulos. ¿Pero ...., como se da la propagación del potencial por la membrana de la neuronas? Pues bien sencillo. El interior de las células tienen carga negativa y cuando llegan estímulos (cargas positivas) se da una reversión, es decir, se abren los canales del punto dónde ha llegado el estímulo. Entonces se inicia la obertura del resto de canales secuencialmente y, de este modo, los canales vecinos al que ha recibido el estímulo van activándose sucesivamente. A esta apertura secuencial de los canales de Sodio (Na+) es a lo que llamamos propagación del potencial. Evidentemente, el potencial ionico a medida que avanza por la membrana va perdiendo un poco de energía y, con la distancia, si el estímulo es pequeño, se perderá. Si el estímulo es grande no habrá problema y se seguirá propagando hasta que de lugar a una respuesta.

By LadyofHats (English original); Josell7 (Spanish translation) [Public domain], via Wikimedia Commons

Diagrama completo de células neuronales. Las neuronas (también conocidas como células nerviosas) son células excitables eléctricamente en el sistema nervioso que procesan y transmiten información. En animales vertebrados, las neuronas son los componentes centrales del cerebro, la médula espinal y los nervios periféricos.

E xiste una excepción importante o complementaria en el caso de los axones. Es decir, cuando un axón es simple, sin ningún recubrimiento proteico, etc, el proceso sucede tal y como lo hemos explicado. En cambio, cuando los axones son muy largos (largas conexiones) pues el cuerpo necesita recubrir el axón con un aislante para impedir que se pierda el potencial. A esta molécula que envuelve los axones se la conoce como mielina y es un esfingolípido que forma los llamados axones mielinizados. En este caso, igual que con los cables de electricidad de nuestras casas, una capa aislante impide que se pueda perder potencial y permite que el potencial (energía) pueda viajar más rápido. Gracias a la mielina se produce una trasmisión del potencial de forma saltatoria dado que existen unas interrupciones periódicas que dirigen la propagación de la energía. A estos puntos en que la mielina se interrumpe en la que se da la conducción saltatoria se les ha llamado nódulos de Ranvier. Por si tenéis curiosidad, la mielina se fabrica en unas células llamadas células de Schwann que, básicamente, se van creando en forma de capas concéntricas dando lugar a esta estructura característica. De echo, si cortáramos un nervio y lo miráramos al microscopio veríamos un conjunto de fibras nerviosas parecidas a la fibra óptica de nuestra casa, alternadas con otros tipos de fibras, no mielinizadas. Las mielinizadas transmitirán el potencial más rápido que las que no lo están. Como os hemos comentado en parágrafos anteriores, al proceso que da lugar a la propagación y comunicación de los estímulos entre dos células excitables se le llama sinapsis. Las células excitables de nuestro cuerpo son las neuronas y las células musculares. Para que se mueva un músculo es necesario que exista una neurona que le transmita los estímulos. Si la neurona es dañada, el músculo ya no podrá funcionar, por muy sano y fuerte que sea. Eh ahí la importancia de las neuronas, ¿no os parece?

H ay dos tipos de sinapsis. Las sinapsis eléctricas y las sinapsis químicas.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Neuron-SEM.png

Infografía de un cuerpo celular del que emergen multitud de neuritas (Fuente: www.loria.fr/~rougier/artwork/neuro/)

C hicos, a partir de ahora nos adentraremos en el funcionamiento y en los tipos de neuronas que existen. Veréis, para que más adelante podamos aprender a curar enfermedades neurodegenerativas, ahora, debemos aprender todo lo que podamos sobre la forma en la que se crea y transporta la información en nuestro cuerpo. No os engañaré, ¡¡¡ es complicado !!! Somos muchos los científicos que intentamos entender el funcionamiento de nuestro cerebro o, más allá, como podemos integrar toda la información que nos rodea sin estresarnos, sin, prácticamente, darnos cuenta. Nuestro cerebro y el resto de células que forman el sistema nervioso son, sencillamente, increíbles. No me cansaré de repetirlo. Aprended pequeños alumnos. Será difícil al principio porqué necesito explicaros muchos conceptos importantes pero, creedme, ¡¡¡ merece la pena !!!

P ara empezar, os hablaré de la sinapsis eléctrica, aparentemente, la más sencilla de los dos tipos de sinapsis. Para empezar. ¿Eléctrica? ¿Neurona? ¿Electricidad? ¿Nosotros? ¡¡¡ Pues sí !!! Como ahora aprenderemos, nuestro cuerpo, nuestros órganos y, todos los seres vivos, generamos una energía eléctrica que podemos usar en función de la necesidad o la utilidad que le vayamos a dar. ¿Conocéis las anguilas eléctricas? Pues estos animales son un caso excelente de cómo un animal puede generar, almacenar y transmitir (en caso de necesidad) electricidad. Nuestro sistema nervioso ha aprendido a almacenar, generar y transmitir pequeñas cantidades de electricidad que usará para enviar información. En el caso de las neuronas, este tipo de sinapsis eléctrica se da sobretodo a nivel central (no periférico). Es decir, que habrá una neurona que estará en contacto con otra (físicamente), con lo cual, sus membranas se estarán tocando. En este caso, si llega un potencial que sea suficientemente importante a una de las neuronas, se propagará por la membrana de esta neurona y, no solo abrirá sus canales, sino también los canales de la neurona vecina porqué hay un contacto directo y el potencial se ha transmitido casi instantáneamente a las dos neuronas. Así de fácil. Casi casi es como si tuviéramos dos aparatos conectados al mismo cuadro de enchufes en casa. Si damos la luz, todos los aparatos que estén conectados a ese cuadro, se encenderán.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synapse_diag2.png#filelinks

Esquema de una sinapsis eléctrica A-B: (1) mitocondria; (2) uniones gap formadas por conexinas; (3) señal eléctrica.

A hora me gustaría hablaros de la sinapsis más complicada, la sinápsis química. No es complicada porqué sea incomprensible, sino porque tiene tantos tipos, tanta complejidad, tanta coherencia, que, sencillamente, no podemos abordarla en su contexto y, como se suele decir, el árbol nos impide ver el bosque. Ahora os contaré un montón de cosas sobre el tipo de neuronas que existen, el tipo de moléculas que usan para funcionar, el tipo de mensajeros que utiliza nuestro cuerpo, etc, pero, lo más importante, es que no olvidéis que lo único que me gustaría que aprendierais es que todo el sistema nervioso se basa en un equilibrio / desequilibrio de "iones" como, por ejemplo, el Sodio (Na+), el Potasio (K+), el Cloro (), etc, cuyas concentraciones en nuestras células (en este caso, las neuronas) controlan la generación, transporte y eficacia de los mensajes que envía nuestro cuerpo. Esa, y no otra, es la razón por la cual es tan importante comer una cantidad adecuada de sales minerales. Por ejemplo, la sal común que usamos para aliñar la ensalada o la comida. Esta sal es muy importante, porqué nos permite funcionar, pero si abusamos de ella, si se acumula demasiada y, nuestro cuerpo, empieza a descontrolar su concentración en los tejidos, como ahora veremos, puede llegar a causar un gran daño a nuestro sistema nervioso. Así que, por favor, no abuséis de la sal. Aprended qué alimentos contienen qué iones (Sodio, Potasio, Calcio, Magnesio) y, si os apasiona, aprenderéis cómo ayudar a vuestro cuerpo a estar fuerte y sano. Sencillamente se trata de comer bien y seguir una dieta que en cada momento de vuestra vida se ajuste a las necesidades de ese momento. Es muy distinta la cantidad de calcio que necesitamos cuando estamos creciendo a la que quizá necesitemos cuando ya no lo hacemos. Si vamos a correr necesitaremos volver a recuperar sales minerales y, para ello, podemos beber alguna bebida con estas sales. Pero, como bien veremos, si abusamos de estas bebidas, quizá, no sea tan beneficioso como a algunos les gustaría hacernos creer. En cualquier caso, es vuestro deber aprender a diferenciar qué alimentos son beneficiosos para vuestro organismo y cuales no lo son y, si nos permitís, os ayudaré poco a poco a diferenciarlos. Recordad, nuestro cuerpo evoluciona, crece, envejece, en definitiva, cambia con el tiempo. Por lo tanto, también cambiará vuestra necesidad en sales minerales, no solo durante vuestra vida, sino quizá durante cada uno de vuestros días en función del ejercicio o esfuerzo que realicéis. Sigamos.

By No machine-readable author provided. DaDez~commonswiki assumed (based on copyright claims). [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

Esquema con los principales elementos en una sinapsis modelo. La sinapsis permite a las células nerviosas comunicarse con otras a través de los axones y dendritas, transformando una señal eléctrica en otra química.

C omo podemos observar en la imagen, la sinapsis química se basa en un elemento químico que nuestro cuerpo usará para transmitir un potencial de acción (información). La sinapsis química se da cuando existe una cierta distancia entre el final de un axón de una neurona y el principio de la siguiente neurona. Por lo tanto, habrá un elemento químico que deberá llegar al liquido intersticial que existe entre la neurona pre-sináptica, es decir, la que transmite el estímula, y la neurona post-sináptica, es decir, la que recibe el estímulo. De este modo, el psoma o cuerpo de la neurona contiene una gran cantidad de gránulos, principalmente en el retículo endoplasmático de la neurona, que es el lugar dónde se llevará a cabo la síntesis de los neurotransmisores. De este modo, los neurotransmisores se acumularán y se concentrarán en unas vesículas rellenas de neurotrasmisores que viajaran hasta el pie sináptico de la neurona para transformarse en las llamadas, vesículas sinápticas. Aquí, en el pie sináptico, tendrá lugar también el reciclado de los neurotransmisores que no se hayan usado. ¡¡¡ Imaginemos !!! Cuando exista un potencial de acción, dará lugar a la rotura de las vesículas y, automáticamente, sus neurotransmisores saldrán del pie sináptico vía exocitosi. Vamos, que la neurona se desará de todos los neurotrasmisores lanzándolos al espacio intersticial. No os preocupéis por las palabras y el vocabulario, sencillamente sigamos imaginando esas moléculas llamadas neurotransmisores que ahora se encontraran en el espacio que separa a las dos neuronas. Evidentemente, estos neurotrasmisores pasarán a la zona sináptica y irán a unirse a unos receptores (proteínas) de la neurona post-sináptica. Esta unión entre los neurotrasmisores y los receptores producirá un potencial de acción, es decir, que se abrirán los canales de Sodio (Na+), quizá los de Potasio (K+), etc. Lo que necesite en cada caso. Pues bien, este es el modelo más sencillo de todos que sirve para entender y hacer comprensible el funcionamiento de una neurona estándar como, por ejemplo, una neurona de trasmisión de mensajes desde el centro de nuestro cerebro hasta la periferia. Ahora bien, el modelo se complica . Veréis, en el encéfalo (una región de vuestro cerebro), por ejemplo, existe todo un conjunto de distintos tipos de neuronas que, como podéis imaginar, tienen funciones completamente distintas pero, como neuronas que son, siempre tendrán en común que servirán de conexión entre dos puntos. Según la función que tenga cada neurona, tendrá una forma u otra. Existen neuronas que, por ejemplo, conectan de forma interna una misma capa del cerebro. En cambio, otros tipos de neuronas conectarán distintas capas, etc.

By Campylobacter [CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons

Desde un punto de vista evolutivo y biológico, la función del cerebro como órgano, es ejercer un control centralizado sobre los demás órganos del cuerpo. El cerebro actúa sobre el resto del organismo por la generación de patrones de actividad muscular o por la producción y secreción de sustancias químicas llamadas hormonas. Este control centralizado permite respuestas rápidas y coordinadas ante los cambios que se presenten en el medio ambiente. Algunos tipos básicos de respuesta tales como los reflejos pueden estar mediados por la médula espinal o los ganglios periféricos, pero un sofisticado control intencional de la conducta sobre la base de la información sensorial compleja requiere la capacidad de integrar la información de un cerebro centralizado. El cerebro de los vertebrados es el órgano más complejo del cuerpo. En un humano típico, la corteza cerebral se estima que contiene 16.000 millones de neuronas y todo el encéfalo contiene 86 000 millones

C hicos, no os quiero aburrir con todos los tipos de neuronas que existen pero, entre todas ellos, os comentaré las más importantes. Para empezar hablaremos de las neuronas corticales. Este es un tipo de neurona que se encuentra en todos los sistemas nerviosos de mamíferos. Se pueden reconocer porqué tienen un pequeño psoma, un axón y una gran cantidad de dendritas. Básicamente su función consiste en conectar neuronas dentro de una misma área o capa. También existen neuronas corticales en las que las dendritas emergen por todos sitios, del exoma, de los axones, etc, y, como no, neuronas corticales con un gran axón para permitir la comunicación entre distintas capas del cerebro. Además de este tipo de neuronas, también existen las llamadas interneuronas, las neuronas efectoras centrales y las neuronas efectoras periféricas. Tranquilos, solo son nombres. No os preocupéis, lo importante es que sepáis que hay muchos tipos y que cada tipo se ocupa de una función importante. Ahhhh, se me olvidaba... También existen otro tipo de neuronas que no se encargan tanto del envío de la información sino que su misión está más relacionada con dar soporte al resto de neuronas. Vamos, que ayudan a que todo funcione a la perfección. Existen muchos tipos de neuronas de soporte pero, entre todas, os comentaré las siguiente:

  1. Astrocitos (pueden ser fibrosos o protoplasmáticos)
  2. Oligodendrocitos (poseen muy pocas dendritas)
  3. Microglía (son muy pequeñas y envuelven a otras neuronas)

hNeurorocker at English Wikipedia [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

Este es un astrocito, etiquetado con GFAP (rojo), Focal Adhesion Kinase (FAK) verde, y tinción nuclear To-Pro (azul).

By The original uploader was GrzegorzWicher at Polish Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Astrocito de cultivo celular - Coloración GFAP

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

Células microglia, la primera y principal línea de defensa del sistema nervioso central.

B ien, como estábamos explicando, las microglias y los astrocitos protoplasmáticos se especializan en dar soporte metabólico y soporte immunológico a otras neuronas. Es decir, tienen funciones complementarias a la principal, la conexión. Como os podréis imaginar, no nos encontraremos con células aisladas, sino que en lugar de eso, normalmente veremos una neurona central rodeada de otro tipo de células a su alrededor, facilitando las distintas sinapsis. ¡¡¡ Recordad !!! Estas células de alrededor pueden tener un efecto sumatorio o un efecto restatorio en el mismo lugar y al mismo tiempo. Por lo tanto, podrán haber conexiones inhibitorias o conexiones restatorias. En cuanto a las células inhibitorias, veremos que existen algunas que realizan la inhibición de forma directa mientras, que otras, realizan su función de forma indirecta. Además, una célula inhibitoria pueda inhibir a una o a varias células al mismo tiempo.

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

En la imagen se muestra el efecto de la sumación excitatoria e inhibitoria como la variación del potencial de membrana medida en un cono axónico y cómo determina el inicio de un potencial de acción. En A se observa como dos potenciales postsinápticos excitatorios (verde) se suman despolarizando la membrana y como un potencial postsináptico inhibitorio (magenta) hiperpolariza la neurona alejándola del umbral del potencial de acción. En B se observa como un PEPS alcanza el umbral del potencial de acción en el cono axónico, dando lugar al potencial de acción.

Bueno, olvidemos el árbol y volvamos al bosque. ¡¡¡ Recordad el contexto !!! Existe un tercer elemento a tener en cuenta, es decir, ¡¡¡ el circuito en sí !!! Como cualquier circuito eléctrico, nuestro sistema nervioso es muy complejo, tanto como para que la información que llega al cerebro pueda ser:

  1. Simplificada: es decir, se tratará de un caso en el que la conducción de distintos potenciales confluirá en una única vía.
  2. Amplificada: es decir, se tratará de un caso en el que la conducción de un potencial (información) se transmitirá por distintos canales y veremos como un mismo estímulo puede dar lugar a varias respuestas distintas en función de los caminos que ha tomado la señal.
  3. Filtrada o Contrastada: es decir, se tratará de un caso en el que la conducción del potencial (información) se compactará. Me explico, el fenómeno de la contrastación consiste en un caso en el cual tengo 3 sistemas, canales, vías, llamadle como más os guste. En este caso la información llegará a una zona del cerebro dónde se vería una zona clara y definida de activación. De este modo, se contrastará muy bien la información ya que la señal encontrará una vía clara con una respuesta bien diferenciada. No os preocupéis, mucho más adelante volveremos a hablar sobre este sistema.
  4. Retroinhibición: además de los casos anteriormente mencionados, existen una infinidad de casos en los que existe una retrohinibición simple o una retroinhibición compleja. En cualquier caso, lo importante es entender que cuando existe una retrohinibición, lo que en realidad sucede, es que el sistema realiza una función y cuando ya ha sido realizada, de un modo u otro, inhibe o finaliza la señal para que el proceso pueda darse por acabado. En realidad es muy sencillo de entender. Cuando ya hemos realizado una acción, sencillamente nuestras neuronas se encargan de inhibir la señal para poder realizar otra acción. Tan sencillo como eso.

By Metilisopropilisergamida (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Impulso nervioso neuronal correccional por el cambio de potencial trasmembrana.

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

Los potenciales de acción de membrana pueden representarse uniendo varios circuitos RC, cada uno representando un trozo de membrana.

B ien. Ahora empieza la parte interesante. Veréis, poca gente os hablará de este fenómeno y, aún menos lo harán en la forma en que yo lo haré ahora. En cuanto a lo que conocemos como "memoria", dejadme que os cuente algo. Muchísimos capítulos más adelante, cuando hayamos encontrado el primer gen, también os hablaré de algo que va más allá de nuestra comprensión. Como sabréis, en teoría, a medida que aprendemos, nuestro cuerpo, va "almacenando" conocimientos. De este modo, supuestamente, nuestras neuronas facilitan el envío de señales hasta nuestro cerebro dónde, supuestamente, se procesa la información y da lugar a una respuesta. Pues bien, lo que pocos comentan es que existe una visión complementaria. Después de décadas de estudio sigo fascinándome con dos fenómenos. El primero, del que os hablaré más adelante, es lo que llamamos "fiebre". Como sabréis, se basa en un aumento de temperatura muy importante que nos ayuda a defendernos de bacterias y otros organismos que pueden haber colonizado nuestro cuerpo. Cuando nuestro cuerpo necesita defenderse aumenta la temperatura corporal unos cuantos grados centígrados, justo lo suficiente como para que la temperatura resulte molesta para cualquier organismo patógeno y, de este modo, facilita que podamos acabar con él. En segundo lugar, el fenómeno que me tiene absolutamente desconcertado es, como comentaba, la memoria. Para mi y, insisto, solo para mi, la memoria funciona de la siguiente manera. De algún modo, al nacer, disponemos de un montón de "bombillas" a las que llamamos "neuronas" que pueden almacenar, cada una, un "dato". A diferencia de lo que nos cuenta la teoría estándar, yo creo que, de algún modo, ya nacemos con un número de conocimientos pre-adquiridos muy superior al que nos pensamos. Pero, de forma programada, nuestro sistema operativo decide resetear toda la información para empezar desde cero. De este modo, cada día, almacenamos una gran cantidad de información que, a medida que se va usando, va encendiendo más y más bombillas. Evidentemente, como en vuestra casa, cuantas más bombillas se encienden, más se caliente el cerebro, hasta que, por necesidad, nuestro cuerpo decide descansar. Es entonces cuando necesitamos dormir y nuestro cerebro vuelve a encender las bombillas iniciales. No solamente las iniciales, sino que "algunas" que no lo estaban, se mantendrán encendidas. De este modo, poco a poco, nuestro cerebro va adaptándose a tener más y más bombillas y así, vamos aprendiendo. Ahora bien, como bien sabréis, existen personas que tras un impacto o un trauma importante, de repente, pueden tocar a la perfección instrumentos que jamás habían usado o hablar lenguas o reconocer lugares en los que jamás habían estado. Pues bien, para mi, sencillamente, lo que ha sucedido es que todas esas bombillas, llamadas neuronas, se han encendido y ahora no pueden apagarse. Otras personas poseen memoria fotográfica y recuerdan para siempre una imagen. Otras pueden tocar a la perfección una canción que acaban de escuchar y jamás habían ensayado o, algunas personas, incluso pueden calcular operaciones matemáticas y algoritmos a una velocidad infinitamente superior al ordenador más potente del mundo. Así, sin tan siquiera sudar o esforzarse, sencillamente nacieron con esa capacidad, sencillamente, una forma mejorada de acceder, almacenar, transportar y usar esa energía en forma de conocimiento adquirido. Lo que en animales llamamos, instintos naturales.

A quí lo importante que os quiero transmitir es que existe un tipo de energía que no es la química ni la eléctrica que, muy probablemente, esté muy estrechamente relacionada con el aprendizaje, el conocimiento y, en definitiva, nuestra fisiología humana. Si eso fuera cierto, se entendería porqué algunas personas son capaces de "leer" el pensamiento o, por ejemplo, porqué dos hermanos gemelos son capaces se saber lo que está pensando su gemelo aunque se encuente en la otra punta de la Tierra. Esa energía de la que os hablo es capaz de almacenarse, trasmitirse y, en algunos casos, incluso viajar de una persona a otra. Incluso para mi parece ciencia ficción y así es como se ve hoy en día pero, quizá, algún día, el estudio del otro tipo de energías como el llamado "chi" nos revelarán un tipo de ciéncia que, sencillamente, nos negamos a reconocer.

By The Library of Virginia from USA [No restrictions], via Wikimedia Commons

Gemelos en una escuela estadounidense (1957).

O tras culturas hace cientos de años que reconocen y aprender sobre este tipo de energías pero, desde un punto estricto y científico, para nosotros, los investigadores, es un mundo tan desconocido como apasionante. No os engañaré, desconozco al completo todo este mundo que relaciona el cuerpo con la energía y la mente pero, de algún modo, los datos e investigaciones, es más, la falta de datos e investigaciones, me llevan a pensar que, quizá, la memoria en estado puro, no sea biológicamente tan sencilla de explicar. Recordad que, para mi, todo nuestro cuerpo es una gran computadora que responde a un programa, nuestro código genético, que estructura nuestro organismo para poder transformar la energía química que absorbemos de los alimentos en energía eléctrica que nos hace funcionar. Evidentemente, una parte importante del programa debería encargarse de almacenar de algún modo todos los conocimientos adquiridos durante la vida de una persona pero ... ¿Como hacerlo? ¿Dónde guardar esos recuerdos? ¿En qué forma? ¿Demasiadas incógnitas verdad? Pero muy interesantes todas ellas. Lo que está claro es que unos iones Sodio, Potasio, etc, junto con unos orgánulos y un gran sistema supercomplejo de células, de por sí, no son suficientes para "almacenar" información. ¿Información? ¿Conocimiento? De verdad que me cuesta tan siquiera imaginar una forma simple, real, científica, coherente, por la cual, todo lo que vemos, oímos, tocamos, olemos y escuchamos, pueda transformarse mediante señales químicas a simple conocimiento que, más tarde, podamos usar, modificar y adaptar a nuestras necesidades. Intento imaginar cómo lo hacemos, pero, de verdad, que fisiología aparte, me es muy difícil de entender. Está claro que nuestro cráneo y todo el líquido cefaloráquideo que envuelve al cerebro tiene como misión aislar físicamente toda ese energía que almacena nuestro cerebro pero, más allá de eso, esa energía, me resulta apasionante. Como tantas otras cosas ¿verdad?

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ChineseMedecine.JPG; By No machine-readable author provided. Mjoseph assumed (based on copyright claims). [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

Ilustración sobre los meridianos de la medicina china tradicional y una mujer practicando el qìgōng (chi kung), una diversidad de técnicas habitualmente relacionadas con la medicina china tradicional, que comprenden la mente, la respiración y el ejercicio físico. El chi kung se practica generalmente con objetivos orientados al mantenimiento de la salud, pero también en algunos casos, especialmente en China, se puede prescribir con objetivos terapéuticos específicos. Según las tradiciones budista y taoísta, de donde procede en gran parte, es un método para alcanzar la iluminación o budeidad.

C omo os explicaba, en la cultura china tradicional el qì o "chi" forma parte de todo ser vivo y se podría traducir como "flujo vital de energía". El concepto se encuentra en la filosofía y medicina china y en el taoísmo. De acuerdo a la medicina tradicional china, el qì es una energía que fluye continuamente por la Naturaleza, y la interrupción de su libre flujo en el cuerpo es la base de los trastornos físicos y psicológicos. Los practicantes de ciertas disciplinas afirman que el ser humano puede controlar y utilizar esta energía, a través de diversas técnicas, acrecentándola, acumulándola y distribuyéndola por todo el cuerpo o usarla en forma concentrada, como en el Tàijíquán, el Daitō-ryū aiki-jutsu, el Aikidō y otras artes marciales. Otros afirman poder curar cierto número de enfermedades y otros efectos liberando el libre flujo del Qì por el cuerpo humano. Éste es el caso de medicinas alternativas como el magnetismo curativo, reiki, la acupuntura, la digitopuntura; y de algunas disciplinas como el chi kung. La ciencia no admite el concepto de qì como un fenómeno real desde el momento que no resulta medible y sus efectos pueden ser explicados como sugestión. La controversia en torno al qì está relacionada con la explicación de su operatividad como resultado de la intervención del qì como un fluido inmaterial (energía). Algunos maestros de chi kung proclaman que pueden detectar y manipular de forma directa el qì e incluso operar con el mismo a distancia. Hay una corriente que incluye a algunos maestros de qìgōng tradicionales, que considera que el qì puede ser visto como un proceso biológico y su efectividad puede ser explicada en términos familiares para la medicina occidental. Sin embargo, ningún estudio ha demostrado la existencia de esta energía. Como veis, para ser una persona que NO sabe nada del chi, mi teoría se asemeja sospechosamente a todo cuanta os he comentado sobre él qì. Con lo cual, quizá, no sea tan descabellado pensar que quizá el conocimiento y, porqué no, la fiebre, esté causada por este flujo inmaterial de energía. En cualquier caso, algún día le pediremos a algún experto que nos lo intente explicar. Hoy, yo no puedo contaros más sobre el qì pero si algún maestro del chi lee estas palabras y se ofrece a darnos una lección, seguro que alguno de nuestros laboratorios estará encantado de intentar medir esa energía tan intrigante. Bien, espero que haya sido suficiente como para entender los retos a los que se enfrenta la neurociencia. Sin lugar a duda, un campo de investigación apasionante. Si pudiera soñar, me gustaría creer que algún día la ciéncia y el conocimiento del chi y de esta medicina mileranía china, quizá, se lleguen a fusionar.

No os perdáis el segundo capitulo donde continuaremos hablando sobre fisiología y, muy especialmente, sobre nuestro sistema muscular. Os esperamos en la segunda parte de este capitulo llamado, ¿QUÉ ES UN GEN? | FISIOLOGÍA ANIMAL | PARTE 2. 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 - 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.

Blog educativo | Aprende con nosotros | Más capítulos

¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 5
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
Dr. David Gallardo
IniciativaBiotec  |  15 Agosto, 2018

Queridos lectores, si habéis llegado hasta el segundo capítulo dedicado a los virus ya habréis visto que realmente son maravillosos y, quizá, empecéis a entender mi pasión por ellos. En este segundo capítulo os enseñaré como se clasifican los virus y, lo que es más importante, cómo han aprendido a transformar su genoma adaptándolo a un sinfín de escenarios. Sobretodo me gustaría que vierais la increíble variabilidad que contienen. Recordad que en los virus está la clave de la evolución, de nuestro futuro y, además, también poseen la capacidad para curar el cáncer, el alzheimer y cualquier otra enfermedad que conlleve reescribir el código genético de un paciente. Recordad que los virus poseen genes únicos capaces de realizar procesos imposibles para el resto de organismos. Ellos inventaron las normas genéticas y ellos, y solo ellos, pueden enseñarnos a hackear el código genético sin causar mal alguno. ¿No me creéis? Dadme tiempo ...

¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 6
REFLEXIONANDO SOBRE LOS VIRUS
Dr. David Gallardo
IniciativaBiotec  |  16 Agosto, 2018

Es bien sabido que un gran poder también exige una gran responsabilidad. En este caso, el conocimiento preciso del funcionamiento de los procesos víricos permitió a países desarrollados alterar el equilibrio natural de la historia. Gracias a ellos Europa consiguió conquistar fácilmente grandes regiones de América usando unas simples mantas cual la más sofisticada arma biológica conocida. Esta misma tecnología que cambió el curso de la historia, más tarde, serviría para salvar la vida a millones de personas. ¿Pero, en ese caso, qué debemos hacer con los virus? ¿Donde está el conflicto? Quizá los virus no son ni buenos ni malos, sencillamente se podrían considerar la mayor y más potente herramienta genética que jamás se haya conocido. Gracias a ellos podremos curar todas las enfermedades, evolucionar y, más adelante, reescribir una vez más la historia no solo de la humanidad sino del universo entero.

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