Unidad 9Fisiología humana II

Objetivos:

Al finalizar la unidad, el alumno:

• Señalará las características anatómicas de las estructuras del aparato respiratorio.• Describirá la mecánica del proceso respiratorio y su importancia.• Identificará los elementos estructurales del aparato digestivo.• Enunciará las funciones que realizan los diferentes órganos que constituyen el aparato

digestivo.• Reconocerá la estructura y función de los componentes del sistema nervioso.• Diferenciará el sistema nervioso central y el sistema nervioso periférico.

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Introducción

E l cuerpo humano está integrado por una gran variedad de células que poseen diversas formas y desarrollan una serie de actividades funcionales específicas. Las células constituyen tejidos y éstos componen órganos, los cuales a su vez integran aparatos y sistemas.

El mantenimiento de los procesos vitales de un individuo dependen del desempeño funcional coordinado armónicamente en todos los órganos, aparatos y sistemas. Si por alguna razón un órgano o un conjunto de ellos se daña de manera parcial o total en su estructura anatómica, esto causará un deterioro en la función o funciones que ellos realizan, dando como resultado la presencia de una enfermedad.

En la unidad anterior revisamos conceptos anatómicos y fisiológicos del sistema cardiovascular y linfático, así como la importancia de las funciones que desarrolla cada uno de sus componentes celulares y tisulares para coordinar el transporte de sustancias, extraer productos de metabolismo celular e intervenir en la defensa del organismo. Las citadas funciones no podrían efectuarse sin la participación de otros aparatos y sistemas como el respiratorio (aporte de oxígeno y eliminación de dióxido de carbono), el digestivo (obtención de sustancias nutritivas) y el sistema nervioso (encargado de regular y coordinar, mediante la captación de estímulos internos y externos, la elaboración de una respuesta específica a las funciones anteriormente descritas). En esta unidad revisaremos conocimientos anatómicos y funcionales de los siguientes aparatos y sistemas: aparato respiratorio, aparato digestivo y sistema nervioso.

9.1. Aparato respiratorioLa respiración tiene dos significados en Biología. A nivel

bioquímico, "respiración" se refiere a las reacciones químicas que requieren oxígeno para llevarse a cabo en la mitocondria y que son el recurso principal de la energía para la célula. Y hablando del organismo completo, "respiración" se refiere al proceso de tomar oxígeno del medio ambiente y regresar dióxido de carbono a él. Este último proceso, que por supuesto es esencial para el primero, es el tema de esta sección.

9.1.1. Componentes del aparato respiratorioEl sistema respiratorio del hombre está formado de nariz, faringe,

laringe, tráquea, bronquios y pulmones (figura 9.1 a). El aire entra a través de las fosas nasales, donde es calentado y limpiado, y después circula a través de la tráquea. La tráquea está fortalecida por anillos de cartílago que impiden que se colapse durante la inspiración. La tráquea

Desde el punto de vista de la

Biología, ¿qué significado tiene

la respiración?

¿Qué función desempeña el

pulmón a nivel bioquímico?

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conduce el aire a los bronquios, que se subdividen en conductos cada vez más reducidos: los bronquiolos, y terminan en pequeñas bolsas de aire conocidas como alvéolos, cada uno mide aproximadamente 0.2 mm de diámetro (figura 9.1b).

Figura 9.1 a) Sistema respiratorio humano. b) Los alvéolos pulmonares.Se muestra el movimiento de moléculas de gas.

Los alvéolos tienen paredes epiteliales muy delgadas, alrededor de ellos existe una gran cantidad de vasos capilares. A través de las paredes alveolares y endoteliales ocurre, por difusión, el intercambio de moléculas de gas entre la sangre y el aire. Las partes restantes del aparato respiratorio sirven principalmente para establecer una circulación del aire desde los alvéolos y de regreso a ellos.

Un par de pulmones humanos tiene aproximadamente 300 millones de alvéolos, lo que equivale a una superficie respiratoria de cerca de 70m2, aproximadamente 40 veces la superficie del cuerpo humano completo.

Figura 9.2. Diagrama de las células epiteliales de la tráquea.

á

é

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La tráquea y los bronquios están revestidos en su interior por células epiteliales que incluyen células secretoras de moco y células ciliadas (figura 9.2). El moco cubre y protege al sistema respiratorio. Las células ciliadas hacen vibrar sus cilios, removiendo partículas extrañas de la superficie del tracto respiratorio y distribuyendo el moco conduciéndolo a la nasofaringe (figura 9.2).

Los cilios empujan el moco y las partículas extrañas hacia arriba por la faringe, desde donde son generalmente tragadas. Normalmente sólo nos damos cuenta de este proceso cuando la producción de moco se incrementa arriba de lo normal como resultado de alguna irritación en las membranas.

9.1.2. La mecánica del proceso respiratorioEl aire entra y sale de los pulmones por la diferencia de presión

entre el aire que se encuentra dentro de los alvéolos y el externo (presión atmosférica). Cuando la presión alveolar es mayor a la atmosférica (y los conductos de aire se encuentran abiertos) el aire sale de los pulmones y ocurre la expiración.

Cuando la presión alveolar es menor que la atmosférica ocurre la inspiración (el aire entra en los pulmones). Cuando las dos presiones son iguales, como ocurre momentáneamente al final de cada expiración e inspiración, no hay flujo de aire (figura 9.3).

La presión en los pulmones varía de acuerdo con su volumen. Cuando los pulmones se expanden en una inspiración, la presión dentro de ellos disminuye y, cuando se hacen pequeños, la presión aumenta. ¿Cómo es que los pulmones cambian de tamaño? Simplemente responden a los cambios de volumen de la cavidad torácica.

Figura 9.3. Modelo que ilustra la manera en que el aire se introduce y se expele en los pulmones.

¿Cómo influye el volumen

pulmonar en la presión de los

pulmones?

¿Cómo ocurre una expiración?

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Unidad 9

Al inhalar contraemos el diafragma (que tiene forma de domo) y los músculos que tenemos en la parte externa de las costillas. Esto provoca que el diafragma se aplane contra los órganos abdominales y mueva las costillas hacia arriba y hacia fuera. Estos movimientos agrandan la cavidad torácica; la presión dentro de ella decae y el aire entra en los pulmones.

Cuando la inspiración termina, el diafragma y los músculos se relajan, lo que permite a los tejidos de la cavidad torácica volver a su tamaño normal. Esta disminución de tamaño se acompaña de un incremento en la presión; la presión del aire dentro de los pulmones se eleva por arriba de la atmosférica, y entonces ocurre una expiración. Normalmente sólo 10% del aire en la cavidad pulmonar es intercambiado en cada respiración, pero una inhalación profunda, tomada conscientemente, puede reemplazar hasta 80% de aire.

9.1.3. El control de la respiraciónLa velocidad de la respiración es controlada por un centro respiratorio en la médula oblonga. Este centro cerebral recibe y coordina la información acerca de las concentraciones de CO2 y O2 en la sangre. Estos datos son transmitidos a los nervios que controlan los músculos del pecho y el diafragma.

El sistema es tan sensible a los cambios en la composición química de la sangre, principalmente en lo que se refiere a la concentración de dióxido de carbono, que solamente las variaciones extremadamente ligeras pueden

ocurrir sin provocar un cambio en el ritmo respiratorio. Si la concentración de dióxido de carbono se incrementa, aunque sea sólo un poco, inmediatamente la respiración se acelera y se hace más profunda, permitiendo que el dióxido de carbono salga rápidamente, y sólo se regulariza cuando el nivel de la concentración ha regresado a lo normal.

El ritmo de respiración puede ser incrementado por una contracción y relajación voluntaria de los músculos del pecho, pero normalmente es un acto involuntario.

Es imposible suicidarse conteniendo la respiración deliberadamente; tan pronto como se pierde la conciencia, el control involuntario se hace cargo nuevamente. Las muertes debidas a barbitúricos y otras drogas depresivas son causadas normalmente por una disminución de la respuesta del centro respiratorio. Este efecto puede ser revertido si se administra respiración artificial rápidamente y por un periodo adecuado.

9.1.4. El transporte de oxígeno en la sangre: la hemoglobina

El oxígeno no se diluye fácilmente en el agua. La capacidad de la corriente sanguínea para transportar oxígeno es incrementada, en gran medida, por la presencia de una molécula transportadora especial, la hemoglobina.

¿Por qué se dice que la respiración es un acto involuntario?

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Cada molécula de hemoglobina consiste de cuatro cadenas de polipéptidos asociadas cada una a un anillo de porfirina que contienen hierro. Cada uno de estos anillos se combina con una molécula de oxígeno.

La hemoglobina hace posible que la corriente sanguínea transporte alrededor de 60 veces más oxígeno del que puede ser transportado por un volumen igual de agua o plasma solo.

La hemoglobina es transportada por los eritrocitos o glóbulos rojos. Un eritrocito maduro transporta alrededor de 265 millones de moléculas de hemoglobina. Ésta es un pigmento rojo que al oxidarse incrementa su color; es por esta razón que la sangre que corre a través de las arterias es más roja que la que circula por las venas.

Ejercicio 11. Menciona los dos tipos de respiración que realiza el cuerpo humano y los componentes del organismo que lo llevan a cabo:

a) _____________________________________________________________________________.b) _____________________________________________________________________________.

2. Porción del aparato respiratorio donde se efectúa el intercambio gaseoso:

a)Fosasnasales.b ) Bronquios.c ) Bronquiolos.d ) Alvéolos.

3. Completa la siguiente frase:

Las células epiteliales de la tráquea y de los __________________________, son de dos tipos: a) __________________________ y b) __________________________. Ambas células intervienen capturando y eliminando __________________________ que llegan a la superficie de estos órganos mediante el __________________________.

4. El movimiento expiratorio del aparato respiratorio consiste en:

a ) La relajación de los músculos del diafragma.b ) Que la presión intraalveolar es menor que la atmosférica.c ) El aumento del volumen de los pulmones.d ) La contracción de los músculos del diafragma.

5. El ritmo de la respiración se modifica cuando en la sangre se alteran principalmente las concentraciones de:

a)H2

¿Cuál es el papel de la

hemoglobina?

¿Qué función realiza la

sangre en el intercambio

gaseoso?

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b ) CO2c ) Cad ) O2

6. El pigmento de los eritrocitos que facilita el transporte de oxígeno unas 60 veces más que el plasma sanguíneo es _______________________________.

9.2. Aparato digestivoLa digestión es el proceso por medio del cual los organismos heterótrofos descomponen los tejidos de otros organismos en moléculas que pueden ser utilizadasporsuspropiascélulas.Talesmoléculasincluyenmonosacáridos(glucosa), aminoácidos, ácidos grasos y sustancias inorgánicas como el hierro.

Una vez dentro de las células, estas moléculas pueden ser utilizadas para entrar al ciclo de Krebs y a la cadena de transporte de electrones, donde son oxidadas y su energía es almacenada en los enlaces de alta energía del ATP.

Asimismo, después de cambios apropiados, estas moléculas pueden ser incorporadas a las estructuras celulares, o usadas para producir enzimas, hormonas u otros componentes del mecanismo celular.

Figura 9.4. El aparato digestivo del hombre.

¿Por quées importante el procesode la digestión desde un punto de vista biológico?

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La digestión, entonces, proporciona los átomos y las moléculas para cada célula, y también el combustible que necesita la célula para realizar sus funciones.

En el hombre, como en otros vertebrados, la digestión se lleva a cabo dentro de un tubo alargado que comienza en la boca y termina en el ano. Este tubo tiene diferentes áreas, cada una de las cuales está especializada en una etapa particular del proceso digestivo (figura 9.4). El alimento se mueve a lo largo de este tubo por ondas sucesivas de contracciones musculares conocidas como peristálticas.

9.2.1. La bocaLa desintegración mecánica del alimento comienza en la boca.

La lengua es un órgano desarrollado por los vertebrados que sirve para mover el alimento dentro de la boca y colocarlo en las muelas con el fin de ser triturado.

Es en este órgano donde se encuentran las papilas gustativas. En el hombre la lengua también es utilizada para producir sonidos propios para la comunicación.

En los mamíferos, el proceso enzimático empieza frecuentemente en la boca. Las glándulas salivales del hombre secretan amilasas, que son enzimas que descomponen los almidones en azúcares. Las glándulas salivales, de las cuales hay tres pares (figura 9.5) también secretan agua, moco y bicarbonato de sodio, el cual hace que la saliva sea ligeramente alcalina.

La actividad de las glándulas está controlada por el sistema nervioso autónomo. Así, tenemos que la presencia en la boca, el aroma, y a veces la pura idea de la comida, nos "hace agua la boca".

Figura 9.5. La mayor parte de la saliva es producida por tres pares de glándulas salivales: parótidas, submaxilares y sublinguales. Cantidades adicionales son proveídas por glándulas diminutas en la

membrana mucosa que reviste la boca.

¿Qué es y dónde comienza

el proceso enzimático?

¿Por qué la saliva es alcalina?

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Unidad 9

Los músculos lisos y los esqueléticos están involucrados en el proceso de la deglución. Comienza como una acción voluntaria, pero una vez que el alimento alcanza la faringe, el tragar es involuntario y controlado por actos reflejos. El alimento pasa al esófago, un tubo muscular de aproximadamente 25 cm de largo que conduce al estómago.

9.2.2. El estómagoEl estómago es una bolsa muscular elástica que funciona como un depósito de comida.

Distendido, puede contener de 2 a 4 litros de alimento. El interior de sus paredes está revestido por una capa de células epiteliales que conforman la mucosa gástrica (figura 9.6).

Figura 9.6. Sección tridimensional de la mucosa estomacal. Se observa la superficie del estómago y la disposición de las glándulas gástricas mostrando los diversos tipos de células que las constituyen.

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biología 2

Estas células gástricas secretan moco, pepsina y ácido clorhídrico (HCl). La combinación de estas sustancias generalmente es llamadajugo gástrico.

El ácido clorhídrico mata casi todas las bacterias y otros organismos que se encuentren en la comida ingerida y activa la pepsina, la enzima que comienza la descomposición de las proteínas.

El ácido clorhídrico también reblandece los componentes fibrosos y duros de los tejidos ingeridos y corroe las sustancias cementantes que unen las células.

Loscontenidosdelestómagosonmuyácidosacausadelácidoclorhídrico.SupHvaríaentre1.5 y 2.5 en una persona normal (la pepsina realiza más eficientemente su función enzimática conunpHde1.9).Sielmúsculodelesfínter,queseencuentraentreelesófagoyelestómago,serelajacomoavecessucede,elHClgástricoquemaelsensibleepitelio interiordelesófago,causando la molesta sensación conocida como "agruras" o "acidez estomacal". Pocas moléculas son absorbidas a través de las paredes del estómago, con la excepción del alcohol, que es absorbido desde el estómago y el intestino.

El control del estómago es realizado por hormonas y por neuronas. El pensar en la comida y la presencia de alimento en la boca estimula la actividad gástrica a través de los nervios autónomos. Cuando la comida llega al estómago, en especial alimentos ricos en proteínas, provoca la liberación de una hormona especial, la gastrina, secretada por las células gástricas, que entra en el torrente sanguíneo. Esta hormona actúa sobre las células epiteliales del estómago para incrementar la secreción de jugos gástricos.

El alimento permanece en el estómago por varias horas, después de las cuales es impulsado por movimientos peristálticos al interior del intestino delgado.

9.2.3. El duodeno, el hígado y el páncreasAnatómicamente, el intestino delgado se caracteriza por tener

en la mucosa numerosas proyecciones, como dedos, conocidas como vellosidades, y cada célula posee proyecciones citoplasmáticas muy pequeñas (microvellosidades) en la superficie de cada célula epitelial (figuras 9.7 a y b). Ambas características estructurales incrementan la superficie del intestino delgado. En un adulto el intestino delgado mide de 3 a 4 m de longitud y su superficie total alcanza casi los 200 m2 (el área de una cancha de tenis para singles).

A los primeros 20 cm del intestino delgado se les conoce como duodeno. Es aquí, como resultado de la acción de varias enzimas, donde la mayor parte de la digestión se lleva a cabo. La mayoría de estas enzimas provienen del páncreas y del hígado por medio de ductos que llegan al duodeno.

¿Por qué es importante

el ácido clorhídrico

secretado en el estómago?

¿Qué función desempeñan

las vellosidadesdel intestino?

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Unidad 9

Otras enzimas son secretadas por las células de la pared intestinal.

Figura 9.7. Sección longitudinal de vellosidades intestinales.

El páncreas secreta amilasas, lipasa y otras enzimas (proteasas) que descomponen las proteínas. Las amilasas continúan la descomposición de los almidones y el glucógeno que empezó en la boca. Las lipasas hidrolizan las grasas a glicerol y ácidos grasos. Las proteínas son descompuestas por tres tipos de enzimas:

• Un grupo (enzimas estomacales, como la pepsina) separa las largas cadenas deproteínas.

• El segundo tipo de enzimas (enzimas del jugo pancreático, como la tripsina, laquimotripsina y la carboxipeptidasa) actúa sólo sobre el radical carboxilo del final de la cadena para soltar los aminoácidos libres.

• Untercertipodeenzimas,provenientedecélulasintestinales(comolaaminopeptidasay la dipeptidasa del intestino delgado), descompone las proteínas del alimento en aminoácidos simples, que es la manera en la cual son absorbidos mediante las células epiteliales del intestino, y finalmente entran en la corriente sanguínea, o en el caso de las grasas, en la linfa.

Además de estas diferentes enzimas, el duodeno recibe desde el páncreas y el hígado un líquido alcalino que neutraliza el ácido estomacal y la bilis, la cual es almacenada en la vesícula biliar.

Microvellosidades

Vellosidadintestinal

Glándulasintestinales

Capilares

Vaso linfático

Conducto linfático

Músculo liso

Músculo liso

Músculo liso

ArteriaVenaNervio

a) b)

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biología 2

La bilis contiene una combinación de sales que emulsifican las grasas, convirtiéndolas en gotitas para que las lipasas puedan atacarlas.

Las actividades digestivas del duodeno están coordinadas casi completamente por hormonas. Ante la presencia de ácido, el duodeno libera secretina, una hormona que estimula al páncreas para que secrete líquido alcalino (especialmente agua y bicarbonato), y al hígado, para que secrete bilis alcalina.

Así, una compleja interacción de estímulos, frenos y balances sirve para activar y desactivar las enzimas digestivas y para ajustar el ambiente químico dentro del tracto digestivo. En el curso de la digestión grandes cantidades de agua (de 2 a 3 litros) entran al estómago, y luego al intestino delgado para incorporarse después a los fluidos del cuerpo. La mayor parte de esta agua es reabsorbida en el intestino delgado. Ésta es una función importante. Cuando la reabsorción del líquido es interrumpida, como cuando se presenta vómito o diarrea, puede producirse una severa deshidratación.

9.2.4. El tracto intestinal bajoDesde el duodeno el alimento es llevado, por medio de

movimientos peristálticos, hasta el yeyuno, y posteriormente hacia la parte más baja del intestino delgado: el ileón, y de aquí al intestino grueso o colon.

En el intestino grueso se elimina la mayor parte de los restos de agua, y algunos de los restos que no se digirieron son descompuestos por la gran población de bacterias. Muchas de estas bacterias liberan materiales útiles para el organismo en que viven. En los humanos, por ejemplo, estas bacterias son la fuente principal de vitamina K, que es la que promueve la coagulación de la sangre. El residuo se almacena en el recto y finalmente se excreta en forma de heces a través del ano.

9.2.5. La regulación de la glucosa en la sangreComo se vio al principio de este segmento, una de las principales funciones de la digestión es

la de proveer una fuente de energía para cada una de las células de que está compuesto el cuerpo. A pesar de que los vertebrados no comen continuamente durante todo el día, el nivel de azúcar en su sangre (la provisión de energía celular) permanece extraordinariamente constante.

El hígado juega el papel más importante en este proceso crítico. La glucosa y otros monosacáridos son absorbidos desde el recto intestinal a la sangre y de ahí pasan directamente al hígado a través de la vena porta.

El hígado convierte la mayoría de estos monosacáridos en glucógeno (el hígado almacena suficiente glucógeno para satisfacer las necesidades del cuerpo durante cuatro horas) y en grasa. Parte de la

¿Qué elemento importante

para el organismo produce la oxidación

de la glucosa?

¿En dónde se descomponen los

restos alimenticios que no se digirieron?

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Unidad 9

grasa es almacenada en el hígado y otra parte en las células adiposas. De la misma manera, el hígado descompone los aminoácidos (el exceso de aminoácidos no es almacenado) y los convierte en glucosa. El nitrógeno de los aminoácidos es excretado en forma de urea y la glucosa es almacenada como glucógeno.

La concentración de glucosa en la sangre es el elemento principal que determina si el hígado toma o libera glucosa y en qué cantidad. La concentración de glucosa en la sangre es a su vez regulada por una variedad de hormonas y la influencia del sistema nervioso autónomo (figura 9.8).

Cuando las concentraciones de azúcar en la sangre son bajas, el páncreas libera glucagon, el cual estimula la descomposición del glucógeno y la subsecuente liberación de glucosa desde el hígado. Cuando las concentraciones de glucosa en la sangre son altas, el páncreas libera insulina, la cual remueve la glucosa de la corriente sanguínea y estimula su paso a las células hasta convertirla en glucógeno, el cual es almacenado.

Figura 9.8. Regulación hormonal de la glucosa en la sangre.

9.2.6. Algunos requerimientos nutricionalesGracias a que el hígado convierte varios tipos de moléculas de alimento en glucosa, los

requerimientos de energía del cuerpo pueden ser cubiertos por carbohidratos, proteínas y grasas, los tres tipos principales de moléculas alimenticias.

Encéfalo

GlucagonGlucógeno Proteína

Epinefrina

PáncreasInsulina

Glucocortiroides

Sistema nervioso

Glándula suprarrenal

Glucosa sanguínea

Torrente sanguíneo

407

biología 2

Los requerimientos de energía son cubiertos generalmente por una combinación de los tres tipos. Los carbohidratos y las proteínas proporcionan aproximadamente el mismo número de calorías por gramo y las grasas alrededor del doble de cualquiera de ellos.

Además de la necesidad de calorías, las células del cuerpo requieren los 20 aminoácidos necesarios para ensamblar las proteínas. De estos 20, los vertebrados pueden sintetizar 12, ya sea a partir de una estructura de carbono simple o de otro aminoácido. Los otros 8, que deben ser obtenidos en la dieta, son conocidos como aminoácidos esenciales (nombre bastante inapropiado, como se puede ver). Éstos son: isoleucina, lisina, leucina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina.

Las plantas son la fuente fundamental de estos aminoácidos esenciales, pero es difícil (aunque de ninguna manera imposible) obtenerlos con una dieta completamente vegetariana, principalmente porque las proteínas vegetales son deficientes en lisina y triptófano.

Los mamíferos también requieren, pero no pueden sintetizar, ciertas grasas poliinsaturadas que proveen ácidos grasos necesarios para la síntesis de la grasa. Éstas pueden ser obtenidas comiendo plantas o insectos, o comiendo otros animales que las hayan ingerido.

Las vitaminas son un grupo adicional de moléculas requeridas por las células vivas que no pueden ser sintetizadas por las células animales. Como característica, éstas son necesarias sólo en pequeñas cantidades. Muchas de ellas funcionan como coenzimas. No existe evidencia clara de que una vitamina en particular ingerida en cantidades mayores de las que se pueden encontrar en una dieta balanceada tenga algún efecto benéfico en un individuo normalmente sano.

El cuerpo también tiene necesidad de una cantidad de sustancias inorgánicas o minerales. Éstas incluyen calcio y fósforo para la formación de los huesos, yodo para la hormona tiroides, hierro para la hemoglobina y los citocromos, y sodio y cloruro y otros iones esenciales para el balance iónico. La mayoría de éstos se encuentran en una dieta ordinaria o en el agua potable. Como en el caso de las vitaminas, las sustancias inorgánicas o minerales necesarias para el buen funcionamiento del organismo deben ser ingeridas de manera suplementaria cuando la dieta es inadecuada, o cuando un individuo no es capaz de asimilarlas normalmente.

Ejercicio 21. Proceso por medio del cual los organismos heterótrofos descomponen los tejidos de otros organismos para ser utilizados por sus propias células.

a ) Respiración.b ) Excreción.c ) Digestión.d ) Secreción.

¿Cuáles son los tres tipos

principales de moléculas alimenticias?

¿Y por qué?

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Unidad 9

8. Menciona tres funciones que realiza la lengua:

a ) _____________________________________________________________________________.b ) _____________________________________________________________________________.c ) _____________________________________________________________________________.

9. Correlaciona los términos de la columna de la derecha con los de la izquierda.

a)Secrecióndela I. Facilitanlaconduccióndelosalimentos glándula pancreática. ( ) de la boca al esófago. b ) Movimientos deglutorios. ( ) II. Constituida por pepsina, agua, mococ ) Secreción de glándulas y ácido clorhídrico. salivales. ( ) III. Compuesta por agua, sales biliaresd ) Secreción de la mucosa y bilirrubina. estomacal. () IV. Trasladanlosalimentosatravésdele ) Vellosidades intestinales. ( ) estómago e intestinos.f ) Movimientos peristálticos. ( ) V. Compuesta por amilasa, agua, moco y g ) Secreción del hígado. ( ) bicarbonato. VI. Constituida por agua, tripsina, lipasa y amilasa.

VII. Incrementan la capacidad de absorción de los alimentos.

4. Secreción endocrina que determina si el hígado almacena o libera glucosa:

a) Almacenamiento: _____________________________________________________________.b) Liberación: ___________________________________________________________________.

5. Secuencia de los órganos que forman el tracto digestivo entre la boca y el ano:

a) Esófago – estómago – intestino delgado – intestino grueso – duodeno.b) Duodeno – estómago – esófago – intestino delgado – intestino grueso.c) Estómago – duodeno – esófago – intestino grueso – intestino delgado.d) Esófago – estómago – duodeno – intestino delgado – intestino grueso.

6. Completa la siguiente frase:

El píloro es un esfínter situado entre el __________________ y el _______________________. En esta última porción, mediante conductos, se libera la secreción del _______________________ y del ___________________________.

7. Porción del tracto digestivo que posee células con microvellosidades.

a ) Esófago.b ) Estómago.c ) Intestino delgado.d ) Intestino grueso.

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biología 2

8. Las necesidades de aporte energético para el organismo son proporcionadas por varios alimentos, excepto:

a) Carbohidratos.b) Vitaminas.c) Lípidos o grasas.d) Proteínas.

9. Menciona los aminoácidos esenciales que existen únicamente en los alimentos animales:

a ) _____________________________________________________________________________.b ) _____________________________________________________________________________.

10. Menciona algunas de las sustancias inorgánicas o minerales que requiere el cuerpo humano para un adecuado funcionamiento:

a ) _____________________________________________________________________________.b ) _____________________________________________________________________________.c ) _____________________________________________________________________________.

9.3. El sistema nerviosoEl sistema nervioso está compuesto por el encéfalo, la médula espinal y los nervios, los

cuales se extienden por todo el organismo.

Las dos funciones básicas del sistema nervioso son:

•Lacoordinacióndelasdiferentesfuncionesdelorganismo.•Lacoordinacióndelasdiferentesrespuestasdelorganismoalmedioexterno.

El sistema nervioso funciona de manera estrecha en coordinación con el sistema endocrino. Como veremos en la unidad 10, las hormonas, productos de secreción de las glándulas endocrinas, afectan a las células en el organismo estimulando o inhibiendo su crecimiento y su capacidad de sintetizar o secretar sustancias, así como la asimilación de componentes nutritivos u otras actividades. Dependiendo de las respuestas que las células estimuladas por las hormonas ofrezcan, el sistema nervioso interviene para modular la estimulación hormonal. Puede ordenar que la estimulación prosiga, se incremente, disminuya o se detenga.

Funcionalmente,elsistemanerviososediferenciadelendocrinoensuvelocidadderespuesta;un impulso nervioso puede viajar a través del cuerpo en cuestión de milisegundos. Las hormonas, sin embargo, se transportan a una velocidad más lenta (por medio de la corriente sanguínea), pero a su vez promueven estímulos más duraderos y provocan respuestas más lentas y de mayor duración.

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Unidad 9

Las plantas, que son organismos vivos muy lentos, dependen en gran medida de una complicada interacción de hormonas para coordinar sus actividades. Los animales, en general, se caracterizan por la presencia de redes de células nerviosas especializadas. Los mamíferos, los pájaros, los pulpos y muchos insectos, poseen sistemas nerviosos altamente desarrollados que monitorean los cambios internos.

9.3.1. Las neuronasLa unidad funcional del sistema nervioso es la neurona. Una neurona tiene tres partes

básicas: el cuerpo de la célula, que contiene al núcleo; las dendritas, que reciben estímulos y transmiten impulsos al cuerpo de la célula (que también puede recibir estímulos), y el axón, el cual transmite los impulsos más allá de las dendritas y el cuerpo celular (figura 9.9).

Los axones y las dendritas son comúnmente llamados fibras nerviosas. Una neurona puede tener muchas dendritas, pero normalmente tiene sólo un axón, aunque éste puede tener algunas ramificaciones laterales y terminales (figura 9.9).

Figura 9.9. Una neurona motora.

Las fibras nerviosas de los vertebrados frecuentemente están envueltas en una vaina de mielina formada por células de Schwann (figura 9.10). Las fibras mielínicas conducen el impulso nervioso con mayor rapidez que las fibras carentes de esta envoltura (fibras amielínicas).

411

biología 2

Como mencionamos en el capítulo anterior, existen tres tipos de neuronas en el sistema nervioso: las neuronas sensoriales (también llamadas neuronas aferentes), las interneuronas y las neuronas motoras (también llamadas neuronas eferentes).

Figura 9.10. a) Porción de una sección transversal de un nervio.b) Desarrollo de la vaina de mielina en un axón.

Las neuronas sensoriales son activadas por estímulos sensoriales. Estos estímulos pueden ser recibidos por terminales nerviosas desnudas (figura 9.11a); algunos de los receptores de dolor en la piel humana son de este tipo.

Más frecuentemente, los receptores sensoriales son estructuras (figura 9.11) que a menudo se encuentran en relación con ciertos órganos, como es el caso de los corpúsculos de Meissner o de Paccini, presentes en las papilas dérmicas y en el tejido subcutáneo, respectivamente, de las palmas de las manos o plantas de los pies (figura 9.11 c y d).

El impulso nervioso es conducido a través de las fibras nerviosas (dendritas) de la neurona sensorial hacia su cuerpo celular, situado justo afuera de la médula espinal.

A

VAINA DE MIELINA DE AXONES NERVIOSOS(Microscopía electrónica)

Axonesnerviosos

412

Unidad 9

El impulso suele trasmitirse a lo largo de la dendrita de la neurona sensorial, que entra en la médula espinal, y que, a su vez, mediante su axón, transfiere el impulso a una interneurona.

El impulso puede entonces ser transmitido a otras regiones de la médula espinal o del cerebro o, en el caso de un reflejo simple, a las dendritas del cuerpo celular de una neurona motora, y conducirlo a lo largo de su axón a un efector, que puede ser una glándula o un músculo (figura 9.12). Estos sucesos se resumen en la figura 9.13.

Figura 9.11. Receptores sensoriales.

Figura 9.12. Unión neuromuscular.

a) Terminaciónnerviosa libre

o desnuda

c) Corpúsculo deMeissner

d) Corpúsculo dePaccini

b) Bulbo terminalde Krause

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biología 2

En el curso de la evolución, relativamente pocos cambios han ocurrido en la estructura de las células nerviosas, que son notablemente parecidas en todo el reino Animal, pero grandes cambios han sucedido en su cantidad, orden y funcionamiento. Existen alrededor de 12 billones de neuronas en el cuerpo humano, la gran mayoría de las cuales son interneuronas.

Figura 9.13. Diagrama que muestra la intervención de diferentes tipos de neuronas,relacionada con las funciones efectuadas en un acto de ref lejo.

Los impulsos son transmitidos de una neurona a otra mediante junturas especializadas llamadas sinapsis. Los nervios, como ya vimos, están compuestos de muchas fibras nerviosas de varias neuronas, usualmente cientos, y a veces miles. Cada fibra es capaz de transmitir mensajes separados, como los alambres en un cable telefónico. Las fibras en sí no contienen núcleo, pero las células de Schwann, que las rodean, sí.

Los cuerpos celulares de las neuronas se encuentran frecuentemente en grupos. A la agrupación de cuerpos celulares que se encuentran en el interior del cerebro o de la médula espinal se les conoce como núcleos, mientras que los grupos de cuerpos celulares localizados fuera del cerebro o de la médula espinal son llamados ganglios.

9.3.2. Los sistemas nerviosos central y periféricoEl cerebro y la médula espinal conforman el sistema nervioso

central, el cual recibe y procesa la formación de los receptores. En los vertebrados este sistema nervioso está encerrado en estructuras óseas protectoras y de soporte: la columna vertebral o espina dorsal, y el cráneo.

Algunas acciones controladas por el sistema nervioso central, como el movimiento de los músculos del esqueleto, están bajo control

¿Por qué se considera al cerebro un órgano

extremadamente complejo?

414

Unidad 9

consciente. Otras acciones son involuntarias, como por ejemplo el mantener el cuerpo a una temperatura constante.

Los nervios que van del cerebro y la médula espinal hacia los músculos, las glándulas y los receptores sensoriales del cuerpo, conforman el sistema nervioso periférico1. Su función es pasar los mensajes entre los receptores, el sistema nervioso central, y los efectores que se encuentran por todo el cuerpo.

Los nervios periféricos se clasifican en: nervios craneales, porque conectan directamente al cerebro, y nervios espinales, es decir, los relacionados con la médula espinal.

Las figuras 9.13 y 9.14 muestran una sección de la médula espinal humana. Como se puede observar, está dividida en materia gris y materia blanca.

La materia gris contiene interneuronas, cuerpos celulares de algunas neuronas motoras y células gliales. Es una región en donde ocurren muchos contactos entre las neuronas.

Como se mencionó anteriormente, las células gliales, que representan el 90% del sistema nervioso, nutren y soportan físicamente a las neuronas. Las células gliales son especialmente abundantes en el cerebro y la médula espinal.

La materia blanca contiene fibras nerviosas (axones mielinizados) que transportan información de varias partes del cuerpo al cerebro (fibras ascendentes), y fibras nerviosas que transmiten instrucciones desde el cerebro hacia todo el cuerpo (fibras descendentes). Las fibras que transportan tipos de información similar están agrupadas en vías nerviosas.

Los pares de nervios espinales se conectan con la médula espinal mediante espacios entre las vértebras (figura 9.14). Cada uno de estos pares inerva (provee de nervios) a los músculos, las glándulas y los receptores sensoriales de un área diferente del cuerpo. En los mamíferos existen 31 de estos pares.

Los componentes motores y sensoriales de los nervios espinales se separan unos de otros antes de conectarse con la médula espinal. Las fibras sensoriales alimentan la parte dorsal (posterior) de la médula espinal y, como un reflejo simple, inmediatamente pueden llevar a cabo sinapsis con las interneuronas o las neuronas motoras, o pueden dar la vuelta y ascender hacia el cerebro.

Los cuerpos celulares de estas neuronas se encuentran en los ganglios de la raíz dorsal, por fuera de la médula espinal. Las fibras motoras emergen de la médula espinal en el lado ventral (anterior). Los cuerpos celulares de estas fibras se encuentran en la médula espinal, donde llevan a cabo sinapsis con interneuronas de ésta, o con fibras que descienden directamente del cerebro. La mayoría de los nervios periféricos contienen fibras de neuronas motoras sensoriales.

1 Observa que las fibras del sistema nervioso periférico, dendritas o axones, se extienden hasta llegar al interior del sistema nervioso central.

415

biología 2

Como se puede observar en la figura 9.15, el sistema nervioso periférico está dividido en dos elementos:

•Elsistema nervioso somático, que incluye neuronas motoras y sensoriales.•Elsistema nervioso autónomo es enteramente un sistema motor constituido por las

neuronas que controlan al músculo cardiaco, glándulas y músculo liso (el tipo de músculo encontrado en las paredes de los vasos capilares y en los aparatos respiratorio, reproductivo y digestivo).

Figura 9.14. Segmento de la médula espinal humana localizadaen el interior de la columna vertebral.

El sistema nervioso autónomo se distingue generalmente como un sistema "involuntario" que controla las actividades viscerales, en contraste con el sistema somático "voluntario", el cual controla los músculos que podemos mover a voluntad, es decir, los músculos esqueléticos.

Es fácil darse cuenta que la distinción hecha aquí entre "voluntario" e "involuntario" no es muy precisa. Los músculos esqueléticos con frecuencia se mueven involuntariamente (como por ejemplo, en un arco reflejo), y se sabe de personas (particularmente aquellas que practican yoga) que han aprendido a controlar el ritmo de los latidos cardiacos y las contracciones de algunos músculos lisos.

416

Unidad 9

Figura 9.15. Divisiones del sistema nervioso.

Anatómicamente las neuronas motoras del sistema somático son diferentes y están completamente separadas de las del sistema autónomo, aunque algunas fibras de ambos tipos pueden ser transportadas por el mismo nervio. Los cuerpos celulares de las neuronas motoras del sistema somático están localizadas dentro del sistema nervioso central y poseen largas fibras nerviosas (axones) que corren ininterrumpidamente a lo largo de la distancia necesaria para alcanzar el músculo esquelético.

Las fibras motoras del sistema nervioso autónomo tienen su origen también en cuerpos celulares dentro del sistema nervioso central, pero no viajan todo el camino hasta el órgano al que se dirigen, o efector. En vez de eso, las neuronas motoras del sistema autónomo forman una sinapsis con una segunda neurona situada en un ganglio fuera del sistema nervioso central. Esta neurona inerva al músculo o glándula en cuestión. Estas fibras posganglionares, como son llamadas, constituyen una diferencia característica entre los sistemas nerviosos autónomo y somático. En la tabla 9.1 se encuentran resumidas las principales diferencias entre estos dos sistemas.

Tabla 9.1. Diferencias entre los sistemas nerviosos somático y autónomo.

Sistemanervioso Puntodesinapsis Efector Efecto

Somático Ninguno fuera del sistema Sólo músculo Siempre nervioso central. esquelético. excitación.

Autónomo Ganglios fuera del sistema Músculo cardiaco Excitación nervioso central. o liso, o glándula. o inhibición.

Sistema nervioso central

Somático (neuronas motoras y sensoriales)

Cerebro

AutónomoSimpático

Parasimpático

Médula espinal

Sistema nervioso periférico

417

biología 2

El sistema nervioso autónomo está, a su vez, dividido en dos sistemas anatómica y funcionalmente diferentes:

• El sistema nervioso parasimpático, formado por fibras nerviosas que provienen del cerebro y de la región inferior de la médula espinal.

•Elsistema nervioso simpático, el cual se origina en las áreas torácica y lumbar de la médula espinal.

En el sistema parasimpático, el punto de sinapsis se encuentra cerca del músculo en el que termina, o dentro de éste, mientras que en el sistema simpático se producen muchas sinapsis en una cadena de ganglios que corren paralelos a la médula espinal.

También difieren en la sustancia química transmisora que liberan. Lamayoría de lasterminales nerviosas simpáticas posganglionares liberan epinefrina o norepinefrina, que son lasmismas sustancias químicas que liberan las glándulas suprarrenales. Todas las terminalesparasimpáticas liberan una sustancia química llamada acetilcolina, la cual estimula la contracción de los músculos esqueléticos.

Como se puede observar en la figura 9.16, la mayoría de los órganos viscerales principales del cuerpo son inervados por fibras de ambos sistemas.

Los efectos de los sistemas simpático y parasimpático son frecuentemente opuestos. La estimulación de un sistema incrementa la actividad de un músculo o glándula, mientras que la del otro la inhibe.

En contraste, los nervios del sistema nervioso somático no pueden inhibir a las células del músculo esquelético; sólo pueden excitarlas, o dejar de hacerlo.

Los cambios que ocurren en un estado de furia, descritos en la unidad anterior, son producidos por una descarga simultánea a los nervios del sistema simpático, el cual prepara a nuestros cuerpos para "pelear o huir". El sistema parasimpático, por otro lado, está involucrado en actividades reconstituyentes del cuerpo, esto es, con el descanso y la meditación. La estimulación parasimpática disminuye la velocidad de los latidos cardiacos e incrementa los movimientos musculares del intestino y las secreciones de las glándulas salivales. La mayor parte de los grandes órganos, como por ejemplo el corazón, están bajo el control de nervios simpáticos y parasimpáticos, los cuales trabajan conjuntamente. Algunos tejidos, como los "músculos arreptores o erectores del pelo", los vasos sanguíneos pequeños y las glándulas sudoríparas, se encuentran sólo bajo el control del sistema simpático.

418

Unidad 9

Figura 9.16. El sistema nervioso autónomo, integrado por los sistemas simpático y parasimpático. El esquema muestra la relación entre estos dos sistemas y los diversos órganos que inervan.

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biología 2

Ejercicio 3

1. Menciona tres componentes de una neurona indicando qué función desarrolla cada uno de ellos:

a ) ________________________________________________________________________________________________.b ) ________________________________________________________________________________________________.c ) ________________________________________________________________________________________________.

2. Componente de una neurona que facilita el impulso nervioso con mayor rapidez:

a ) Axón.b ) Dendrita.c ) Vaina de mielina.d ) Citoplasma.

3. Correlaciona los términos de la columna de la derecha con los de la izquierda:

a ) Sustancia gris. ( ) I. Zona de la médula espinal con abundantes fibrasb ) Células gliales. ( ) nerviosas mielinizadas.c ) Sustancia blanca. ( ) II. Conducen con mayor rapidez el impulsod)Fibrasnerviosas nervioso. mielínicas. ( ) III. Elaboran la vaina de mielina de los axones.e ) Ganglios nerviosos. ( ) IV. Agrupación de neuronas localizadas fuera delf)Fibrasnerviosas sistemanerviosocentral. anamielínicas. ( ) V. Células del sistema nervioso que no captan nig ) Células de Schwann. ( ) conducen estímulos.

VI. Zonas del cerebro que poseen abundantes cuerpos neuronales. VII. Conducen con cierta lentitud los impulsos nerviosos.

4.Tejidomuscularqueestáinervadoporelsistemanerviososomático:

a ) Músculo bíceps del brazo.b ) Músculo del corazón.c ) Músculo del estómago.d ) Músculo de las arterias.

5. Los impulsos nerviosos se transmiten de una neurona a otra mediante uniones denominadas _______________________________________________________________________________.

420

Unidad 9

6. Completa la siguiente frase:

El sistema nervioso autónomo se divide en:

a) ____________________, cuyas fibras nerviosas se originan en el _______________ y en la región sacra o _________________ de la médula espinal.

b) _________________, cuyas fibras nerviosas se originan en las regiones ______________ y _______________ de la médula espinal.

Autoevaluación1. Porción del aparato respiratorio donde se realiza el calentamiento del aire inspirado:

a ) Nariz.b)Tráquea.c ) Bronquios.d ) Alvéolos.

2. La tráquea y los bronquios poseen dos tipos de células:

a ) _____________________________________________________________________________.b ) _____________________________________________________________________________.

3. En el mecanismo respiratorio, cuando el diafragma se contrae, ocurre que:

a ) La presión alveolar aumenta.b ) El aire penetra hacia los pulmones.c ) El aire sale de los pulmones.d ) La presión atmosférica es menor.

4.ContestaconunaVsielenunciadoesverdaderoyconunaFsiesfalso:

a ) La inspiración del aire se produce cuando la presión alveolar aumenta. ( ) b ) La respiración celular se lleva a cabo dentro de las mitocondrias. ( )c ) Los barbitúricos estimulan la actividad del centro respiratorio de la médula oblonga. ( )d ) Durante la respiración normal, el intercambio gaseoso se realiza en un 80%. ( )e ) La hemoglobina transporta 60 veces más oxígeno que el plasma sanguíneo. ( )f ) La digestión de las proteínas se inicia en la cavidad bucal. ( )g ) La regulación de la glucosa se realiza por acción de hormonas pancreáticas. ( )h ) La velocidad de respuesta de las hormonas es mayor que la del impulso nervioso. ( )

5. Menciona dos funciones que realiza la lengua en el proceso digestivo:

a) _____________________________________________________________________________.b) _____________________________________________________________________________.

421

biología 2

6. Correlaciona los términos de la columna de la derecha con los de la izquierda.

a ) Células ciliadas y secretoras de moco. ( ) I. Células de las glándulasb ) Secreción de amilasas. ( ) gástricas. c ) Liberación de secretina. ( ) II. Páncreas.d)Transformalípidosyproteínasen III. Glándulasparótidasy glucosa. ( ) submaxilares.e)Célulasconabundantes IV. Hígado. microvellosidades. ( ) V. Epitelio respiratorio de tráquea f ) Secretan moco, pepsina y ácido y bronquios. clorhídrico. ( ) VI. Estimulación del duodeno por g)Sintetizaysecretainsulinaygucagon. () HCl. Se localizan en la mucosa intestinal. ( ) VII. Se localizan en la mucosa intestinal.

7. El píloro es un esfínter situado entre:

a ) La cavidad bucal y la faringe.b ) El esófago y el estómago.c ) El estómago y el duodeno.d ) El intestino delgado y el intestino grueso.

8. El intestino delgado está constituido por varias porciones, excepto:

a ) Yeyuno.b ) Colon.c ) Duodeno.d ) Ileón.

9. El órgano del aparato digestivo que almacena mayor cantidad de glucógeno es:

a ) El estómago.b ) El páncreas.c ) La parótida.d ) El hígado.

10. Componente de los alimentos que interviene catalizando procesos enzimáticos:

a ) Vitaminas.b ) Lípidos.c ) Carbohidratos.d ) Proteínas.

11. Completa la frase:

En el sistema nervioso las dendritas ____________________ el estímulo nervioso y los ______________________, transportan _________________________, que puede ser motora o __________________________.

422

Unidad 9

12. ¿Cómo se clasifican las fibras nerviosas, de acuerdo con su envoltura de mielina?

a) _____________________________________________________________________________.b) _____________________________________________________________________________.

13.Terminaciónnerviosaquecaptasensacionesdolorosas:

a ) Corpúsculo de Meissner.b ) Papilas gustativas.c)Terminacionesdesnudas.d ) Corpúsculo de Paccini.

14. La transmisión de un impulso nervioso de una neurona se realiza mediante:

a ) Las dendritas.b ) La mielina.c ) El axón.d ) La sinapsis.

15. Correlaciona los términos de la columna de la derecha con los de la izquierda:

a ) Nervios. ( ) I. Captan estímulos sensoriales.b ) Neuronas eferentes. ( ) II. Están rodeadas por las células de Schwann.c)Fibrasmielínicas. () III. Acumulacióndeneuronasycélulasglialesd ) Ganglio nervioso. ( ) en el S.N.C.e ) Neuronas aferentes. ( ) IV. Conducen el estímulo nervioso con mayor f ) Materia o sustancia gris. ( ) rapidez.g)Fibrasamielínicas. () V. Acumulacióndeneuronasfueradelsistema nervioso central. VI. Están formados por fibras mielínicas y amielínicas. VII. Se encargan de procesar la respuesta del estímulo.

423

biología 2

Respuestas a los ejercicios

1.a) Respiración orgánica (intercambio de O2 y CO2) a través de los pulmones.b) Respiración celular (producción de O2 y CO2) a través de las mitocondrias.

2. d)

3. Bronquios / a) ciliadas / b) secretoras / partículas extrañas / aire inspirado.

4. a)

5. b)

6.Hemoglobina.

1. c)

2.a) Mueve y traslada los alimentos para que sean triturados.b) Posee papilas gustativas que captan el sabor de los alimentos.c) Interviene para modular palabras durante el proceso de fonación.

3. a) VI, b) I, c) V, d) II, e) VII, f) IV, g) III.

4.a) El almacenamiento de la glucosa es estimulado por la insulina.b) La liberación es estimulada por el glucagon.

5. d)

Ej. 1

Ej. 2

424

Unidad 9

6. Estómago/ duodeno / hígado / páncreas.

7. c)

8. b)

9.a) Triptófano.b) Lisina.

10. a) Calcio y fósforo para la formación de los huesos. b) Yodo para elaborar la hormona tiroidea. c) Hierroparaformarhemoglobina.

1. a) Cuerpo neuronal / procesan el estímulo y elaboran la respuesta. b) Dendritas / captan estímulos del medio interno y externo. c) Axón / conducen la respuesta efectora (motora o secretora).

2. c)

3. a)VI, b) V, c) I, d) II, e) IV, f ) VII, g) III

4. a)

5. Sinapsis.

6.a) Parasimpático / cerebro / inferior.b) Simpático / torácica / lumbar.

1. a)

2. a) Secretoras de moco. b) Ciliadas.

3. b)

4.a)F,b)V,c)F,d)F,e)V,f)F,g)V,h)F.

Respuestas a la autoevaluación

Ej. 3

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biología 2

5.a) Mueve y mezcla los alimentos para ser masticados.b) Mediante sus papilas gustativas permite captar el sabor de los alimentos.

6. a) V, b) III, c) VI, d) IV, e) VII, f ) I, g) II.

7. c)

8. b)

9. d)

10. a)

11. Captan o reciben / axones / la respuesta / o secretora.

12. a) Mielínicas. b) Amielínicas.

13. c)

14. d)

15. a) VI, b) VII, c) II, d) V, e) I, f ) III, g) IV.