Morfología Animal [1, 1, first ed.] 9789871930388

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MORFOLOGÍA ANIMAL Tomo I

Magister Sergio Pablo Urquiza Biólogo Fernando Carezzano 2018

I.S.B.N. N° 978-987-1930-38-8 Cita sugerida: Urquiza, S. P. y Carezzano, F. J. 2018. Morfología Animal. Tomo I. Editorial Sima, Córdoba. 160 pp.

Sergio Pablo Urquiza [email protected]

Fernando José Carezzano [email protected]

Profesor Asistente Cátedra de Morfología Animal Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba

Profesor Asistente Cátedra de Morfología Animal Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba

Imagen de tapa: microfotografía de cerebelo de ave en donde se observan las células de Purkinje.

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ÍNDICE Capítulo 1: MARCO EVOLUTIVO Y FILOGENÉTICO. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS FILOS COMPLEJOS Y SU EVOLUCIÓN

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Introducción y marco filogenético y evolutivo. Los filos y los planes corporales. La evolución de los primeros animales. El origen de la pluricelularidad y de los tejidos.

Capítulo 2: LOS ANIMALES, UN CONJUNTO DE CÉLULAS

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El cuerpo como un agregado de células. Los tejidos básicos Origen y evolución de los tipos celulares y tejidos. El problema de la homología El tejido epitelial El tejido conectivo El tejido muscular El tejido nervioso

Capítulo 3: ORGANIZACIÓN DEL CUERPO ANIMAL

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Los sistemas de órganos: generalidades Sistema tegumentario Sistema osteo-artro-muscular Sistema nervioso Sistema endocrino Sistema linfático e inmunitario Aparato cardiovascular Aparato respiratorio Aparato digestivo

Capítulo 4: PLANES CORPORALES DE PROTOSTOMADOS COMPLEJOS

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Planes corporales de anélidos, moluscos y artrópodos Anélidos Moluscos Artrópodos

Capítulo 5: TEJIDO EPITELIAL

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Tejido epitelial Tipos y funciones de los epitelios Características de los epitelios Los epitelios embrionarios Polaridad de las células epiteliales Especializaciones apicales y basales Microvellosidades Estereocilios -3-

Cilios Pliegues laterales y basales Uniones celulares Uniones ocluyentes Uniones adherentes Uniones en nexo La matriz extracelular y la membrana basal Origen y evolución de los epitelios Tipos celulares de epitelios animales Epitelio tegumentario de Anélidos Epitelio intestinal de Vertebrado Epitelio plano estratificado queratinizado de Mamíferos

Capítulo 6: TEJIDO MUSCULAR

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Miocitos Citología e histología muscular de vertebrados Los filamentos y las miofibrillas El sarcómero Músculo liso de vertebrados Citología e histología muscular de invertebrados Tejido muscular de artrópodos Tejido muscular de moluscos Tejido muscular de anélidos

Capítulo 7: TEJIDO CONECTIVO

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Introducción Fibroblasto Miofibroblasto La matriz extracelular Tejidos conectivos generalizados de vertebrados Tejido conectivo laxo Tejido conectivo denso Tejidos conectivos especializados Cartílago Cartílago hialino de mamíferos Cartílago de cefalópodos Hueso El osteblasto y el osteocito Osificación Tejido conectivo de artrópodos Tejido conectivo en moluscos Tejido conectivo en anélidos

Capítulo 8: TEJIDO NERVIOSO

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Introducción Capacidades básicas de las neuronas. Sus antecedentes evolutivos Generalidades del sistema nervioso -4-

La neurona Volumen y forma neuronal Tipos neuronales de los vertebrados Las dendritas La sinapsis Tejido nervioso de vertebrados. Sustancia blanca y gris La neuroglia de los vertebrados El tejido nervioso del cerebelo Histología del cerebelo de las aves El sistema nervioso de los invertebrados Estructura de los ganglios y el cordón nervioso ventral de invertebrados El cordón nervioso de los artrópodos El cerebro de los invertebrados Los cuerpos pedunculados de los artrópodos La neuroglia y la mielina en los invertebrados BIBLIOGRAFÍA

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PREFACIO El presente libro está en principio destinado a estudiantes de biología, aunque se espera que sea de provecho para alumnos de otras carreras o naturalistas en general y fue escrito para subsanar, en parte, la carencia de textos sobre la histología general de animales diferentes a los seres humanos y/o mamíferos, los que son más fáciles de hallar. Posiblemente sean varios los motivos de dicha situación, como por ejemplo, el que la medicina y biología humana, por razones de supervivencia, económicas y éticas, recibe más atención, así como también que por mucho tiempo no fue posible establecer si las células, los tejidos o incluso los órganos de filos diferentes eran o no homólogos a su contraparte en humanos. Junto a esto, como existen más de 30 filos animales, cada uno de los cuales tiene su propio estatus e importancia que justifica el ser estudiado en profundidad, se tendría una cantidad de información inmanejable que complicaría su tratamiento en cualquier asignatura como una histología comparada. De hecho, pueden encontrarse descripciones para los diferentes sistemas anatómicos, tanto a nivel macroscópico como microscópico, para numerosos grupos animales, aunque en algunos casos son muy antiguas, en idiomas diferentes al español y publicadas como artículos originales o a lo sumo revisiones específicas del grupo animal en cuestión, lo que hace que esta información no sea fácilmente asequible para el alumno de grado. Por esta razón es que se decidió circunscribir este libro a unos pocos grupos de animales, esencialmente a los organismos más complejos, que en general son también los más biodiversos, aunque siempre que sea necesario se hará mención a los taxones basales, para ilustrar el camino seguido por la evolución de los órganos. Además, dado que el libro tratará a cada sistema morfológico por separado, se hará mención a la par que se describirán sucintamente, los órganos en cuestión de otros filos, con el fin de brindar una mirada general sobre los órganos animales. Por otro lado, es posible estudiar los programas de desarrollo de los órganos de filos muy distantes con lo que pueden compararse sistemas de órganos que hasta hace unas pocas décadas no parecían tener mucho en común. Por ejemplo, se discute actualmente si el sistema nervioso y las células como las neuronas o la neuroglia, son homólogas entre taxones tan lejanos y diferentes como artrópodos, anélidos y vertebrados. De esta manera, estas nuevas herramientas permiten discutir desde otro lugar la descripción de las estructuras animales. Sin embargo este es un libro de morfología, así que se describirán la anatomía macroscópica y la histología de los sistemas

anatómicos de unos 10 taxones, a saber, oligoquetos y poliquetos, entre los anélidos, gasterópodos y cefalópodos, entre los moluscos, arácnidos, crustáceos, miriápodos e insectos, entre los artrópodos, y peces y mamíferos, entre los vertebrados. Con todo, cuando puedan compararse los sistemas morfológicos, utilizando información proveniente desde estudios de la biología del desarrollo y áreas conexas, se lo hará, porque permitirá ampliar la base de comparación. También se abordará, en forma sucinta, la descripción embriológica de los mencionados grupos taxonómicos. Se espera así que, al final de su lectura, resulte una visión comparada y evolutiva del cuerpo de los animales. Finalmente, debe mencionarse que se pensó en separar el libro en varios volúmenes para facilitar la adquisición del material por parte del alumnado -6-

Capítulo 1 MARCO EVOLUTIVO Y FILOGENÉTICO. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS FILOS COMPLEJOS Y SU EVOLUCIÓN

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Introducción y marco filogenético y evolutivo Los animales pertenecen a un grupo monofilético e incluyen a organismos pluricelulares móviles en algún momento de su ciclo de vida. Un organismo es considerado multicelular porque posee células somáticas (corporales), que sufren diferenciación entre ellas (diferenciación intrasomática) y son las que dan origen y sustento a las células reproductivas (gametas), consideradas inmortales toda vez que dan origen a la continuación de la especie (Mueller y col. 2015). Estos organismos también poseen una matriz extracelular, uniones celulares adherentes y septadas, y exhiben el estado de blástula, presentando como forma de clivaje ancestral la segmentación espiral, ya que el de tipo radial sería derivado (Schmidt Rhaesa 2007). Por último, presentan en común la presencia de anisogamia, la morfología del espermatozoide y del colágeno, así como los genes Hox (Curtis y col. 2015). Comprender la filogenia de este grupo y en particular de los taxones de mayor jerarquía, permite entender la evolución de sus tipos celulares, tejidos y órganos. También ilustra sobre los tiempos, modos y dirección de aquella así como de la complejidad de las estructuras corporales. Por esto y porque se han registrado notables avances y cambios sustanciales en la sistemática animal es que será brevemente abordada, ya que en la actualidad, y desde la década del 90 del siglo XX, se está en la era de la “nueva filogenia animal”, en la que se han registrado profundas modificaciones. Esto es debido a que se han reordenado ciertas relaciones, o a que se revitalizaron o aceptaron viejas hipótesis rechazadas en otras épocas. Lo dicho se produjo gracias a la aplicación de análisis cladísticos utilizando herramientas moleculares y también, más cerca en el tiempo, a la realización de nuevos estudios morfológicos, o ambas cosas a la vez. Además de los mencionados reordenamientos taxonómicos dichas aplicaciones permitieron responder a diversos interrogantes sobre la evolución de los primeros grupos de animales, a pesar de lo cual aún quedan numerosas dudas que quizás nunca puedan evacuarse debido a que la evolución morfológica inicial se produjo rápidamente, y además, no ha dejado vestigios físicos de su ocurrencia. Otro problema es que no se han explorado varios taxones relevantes, o en algunos casos se estudiaron pocas especies o fracciones reducidas de su genoma. Sin embargo, esto está cambiando gracias al desarrollo de técnicas de estudio molecular más económicas que permiten abarcar un mayor número de taxones y genes, o incluso genomas enteros (Dunn y col. 2014). Si bien el estudio de los animales y su anatomía es muy antiguo, aunque parezca increíble, recién a mediados del siglo XIX se aceptó que todos los seres vivos están conformados por células y, también, se descubrió la fecundación. A partir de allí, y con el impulso que en general había brindado años atrás Bacon al método científico, se desarrollaron numerosas técnicas analíticas y experimentales para estudiar la anatomía microscópica (histología) y la embriología. La anatomía -8-

macroscópica, por otro lado, había comenzado su desarrollo mucho tiempo antes que las nombradas, gracias a que no precisa de técnicas tan complejas para abordar el estudio de los órganos. Estos son definidos como arreglos macroscópicos de varios tejidos con una función particular, y suelen agruparse en conjuntos aún mayores, los sistemas. Con todo, debe tenerse en mente que en ocasiones un órgano cambia su función, o presenta varias, o se convierte, a lo largo de la evolución, en otro (Schmidt Rhaesa 2007). Más allá de estas complicaciones teóricas, la anatomía humana ya desde el medioevo (siglo XIV) estaba mucho más avanzada comparativamente que las otras disciplinas morfológicas. Es en esa época que nacieron conceptos como los de arquetipo, actualmente desplazado por el más moderno de plan corporal o Bauplan. Esto es, el conjunto de órganos y sistemas y su disposición topográfica particular en cada filo, siendo que a cada uno de los últimos le corresponde un plan corporal único y exclusivo. Para describirlos se recurre a varios parámetros y conceptos como la simetría corporal, la cantidad de hojas germinativas, el destino del blastoporo y la presencia y tipo de celoma (si bien últimamente este punto es muy discutido). Como estas características se distribuyen en forma algo confusa a lo largo del árbol evolutivo animal, se explicará brevemente algo de la sistemática general de los taxones más relevantes. Un punto a destacar en esta temática es que no existe una clara relación evolutiva entre los diferentes planes corporales, problema sobre el que existe una intensa discusión y que se enmarca en la llamada macroevolución, donde se intenta explicar el origen y evolución de los órganos, sus sistemas y los mencionados planes anatómicos, así como el de los filos de animales o de otros grupos sistemáticos de jerarquía superior. Justamente la sistemática es la que permite reunir a todos los organismos, y obviamente a los animales, en especies. Esta es la unidad fundamental de la evolución, y al menos en el grupo que nos ocupa son poblaciones que pueden cruzarse entre sí y dar descendencia fértil. Pero esta descripción puede complicarse, porque existen numerosas excepciones, como por ejemplo, casos donde hay especies claramente definidas y diferenciadas que sin embargo dan descendencia si se cruzan entre sí. Como sea, debe señalarse que aún no se elaboró una definición completamente aceptada de especie, siendo este uno de los problemas más discutidos en biología junto con el de la homología. Por todo esto, no se ha hallado una manera inequívoca y general para afirmar que un grupo de organismos es una especie diferente de otra. Lo anterior más el hecho de que no existe una institución científica que reúna al conocimiento de todos los animales reconocidos como especies, es la razón por la que no puede decirse claramente su número, pero se estima que supera el millón, aunque podría ser sensiblemente superior (Barnes 2013).

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Al observar arboles filogenéticos puede quedar la falsa impresión de que la taxonomía nos brinda una imagen del grado de divergencia morfológica. Sin embargo, esto no es así, debido a que en el estudio de diferentes grupos taxonómicos se usan distintos tipos de caracteres y a que las tasas de evolución pueden no ser equivalentes, por lo que la separación morfológica y genética entre aquellos no es reflejada por la pertenencia a diferentes niveles sistemáticos. Así, por ejemplo, el grado de diferenciación entre los órdenes de mamíferos no es similar a la hallada entre los órdenes de insectos. Además, el ordenamiento en las categorías linneanas no siempre refleja la filogenia. Ocurre incluso que ciertos organismos se asemejen más a otros más alejados evolutivamente que a sus propios parientes. Esto puede deberse a que las tasas evolutivas en ambos grupos son muy diferentes y a que las presiones ambientales condujeron a una diferenciación más pronunciada en un grupo que en otro. Un ejemplo son los cocodrilos, que están más emparentados a las aves que a los lagartos, a pesar de que se asemejan, al menos superficialmente, más a los últimos (Reese y col. 2014). En relación a la estructura anatómica, hay que mencionar que los arreglos corporales de cada filo o clase no siempre son “la mejor solución” sino que obedecen también a una serie de restricciones arquitectónicas por las que no puede originarse y evolucionar cualquier estructura, incluso aunque ocurra una intensa competencia. Además de que deben existir las variantes a seleccionar. Esto es, la idea de que la “naturaleza es perfecta” es errónea. Muchos organismos podrían exhibir un mejor diseño, si fuesen ideados para optimizar su cuerpo. Piénsese en los dolores de espalda humanos, por ejemplo. Finalmente, debe recalcarse que la aparición y evolución del cuerpo animal se dio a lo largo de cientos de millones de años, con numerosas alteraciones de mayor o menor cuantía, de las que se citarán unas pocas, llamadas, en ocasiones, transiciones evolutivas. Se tiene, al surgimiento de la pluricelularidad y la diferenciación de los tejidos animales básicos. Luego, la formación de los ejes corporales y con esto el surgimiento de la bilateralidad y de la cefalización. A la par, la formación del sistema nervioso y del sistema digestivo. Como se verá, casi todos los animales considerados basales poseen algunas variantes de estos sistemas, aunque no presentan otros órganos, excepto, claro, los reproductivos.

Grupos sistemáticos de jerarquía superior Los animales y los hongos forman el grupo Opistokonta, dentro del cual los primeros y los coanoflagelados, su grupo hermano, conforman el taxón Holozoa junto a algunos otros organismos (Fig. 1.1). Sin embargo los animales en sí mismos abarcarían a cinco linajes monofiléticos, o sea todos descenderían, en última instancia, del animal primordial. Dichos taxones son los poríferos (esponjas), los - 10 -

placozoos (microscópicos animales marinos), ctenóforos (fragata portuguesa), cnidarios (medusas e hidras), y los bilaterales (desde planarias hasta vertebrados). Los bilaterales, a su vez, comprenden dos grandes grupos, Protostomia y Deuterostomia (Fig. 1.2), conjuntos que parecen tener un gran acuerdo y sustento experimental, a los que se suma el enigmático xenoturbella, animal que ha sido considerado en casi todos los clados posibles, sin hallar aún una ubicación convincente (Dunn y col. 2014).

Fig. 1.1: Los Opistokonta (Tomado y modificado de Dunn y col. 2014). Origen de las imágenes: Nucleariida, Yoshida y col. 2009 Fungi,www.kidsdiscover.com; Filasterea, www.flickr.com; Ichthyosporea, www.wikipedia.org; Animalia, Fernando Carezzano; Choanoflagellatea,www.plingfactory.com.

Entre los deuterostomados se ubican los vertebrados, apenas un subfilo, junto a otros animales “invertebrados”, categoría sistemáticamente errónea. Esto es así porque los protostomados incluyen unos 30 filos, mientras los deuterostomados unos 3 o 4, entre ellos los cordados, que incluye a los vertebrados. Por tanto, la mayoría de los animales, sea que contemos la diversidad de especies, familias o filos, el número de individuos o la biomasa total, son “invertebrados”. Sin embargo se insiste en dividirlos en vertebrados e invertebrados. La razón de tal agrupamiento es simple. Los seres humanos pertenecen al único grupo no contenido allí, al de los vertebrados, que es además sobre el que existen conocimientos más profundos y extensos. Como sea, los animales son reunidos generalmente en dos superfilos, deuterostomados y protostomados. En este último clásicamente se tenía en cuenta la presencia y tipo de celoma como carácter diagnóstico y fundamental para definir ciertos grupos. Así se tenía a los acelomados, pseudocelomados y celomados. Entre los primeros se contaba a platelmintos, mientras entre los segundos se ubicaban a - 11 -

los nemátodos para finalmente considerar entre los celomados a los anélidos, moluscos y artrópodos. Sin embargo la filogenia molecular desarrollada a partir de la década de 1990 echó por tierra con muchas de estas relaciones, produciéndose un profundo reordenamiento, aunque perduran profundos baches en este conocimiento (Satoh y col. 2014).

Fig. 1.2: Los animales (Tomado y modificado de Dunn y col. 2014). Origen de las imágenes: www.phylopic.org

En ambos superfilos existen algunos taxones como los acelomorfos, ciertas esponjas, los placozoos, las xenoturbellas o las ascidias, que son sumamente interesantes porque ilustran diversos puntos donde podrían haberse originado algunas estructuras de gran relevancia, o el surgimiento de determinados arreglos génicos implicados en el aumento de la complejidad animal. Sin embargo, como se - 12 -

verá en el transcurso de los capítulos, no es tan simple trazar una evolución de los “grados morfológicos” entre los animales, puesto que han habido numerosas simplificaciones y paralelismos evolutivos a lo largo de su historia. Por su parte, los protostomados (Fig. 1.3) están conformado por tres líneas, quetoñatos, ecdysozoos y espiralados (este último puede ser tomado como sinónimo de lofotrocozoa, o contener a este taxón, depende la visión escogida), los que son conjuntos monofiléticos pero de los que no se conoce ni cual es el orden ni la forma de ramificación. Los quetoñatos son un grupo de vermes marinos poco diversos, mientras los segundos son, con mucho, los más numerosos y biodiversos ya que incluyen a panartrópodos, nematoidea y escalidóforos. Tampoco entre estos han podido clarificarse las relaciones de origen, más allá de que no hay dudas sobre sus relaciones. Los primeros abarcan a los artrópodos en sentido estricto más los onicóforos, con los tardígrados como taxón hermano a ambos. Los nematoidea están formados por los nemátodes y nematomorfos. Finalmente los escalidóforos incluyen a varios grupos de vermes “menores” con características muy particulares, como los priapúlidos, los quinorrinchos y los loricíferos. El taxón espiralados reúne a moluscos, anélidos y a varios otros filos más o menos diversos y es el conjunto de animales que presenta mayores problemas para delimitar sus relaciones basales. Por un lado abarca a los moluscos, anélidos y nemertinos, los que forman el taxón Trocozoo, porque exhiben una larva de tipo trocófora. Relacionados a este grupo también están los mizostómidos, equiúridos y sipuncúlidos, los que posiblemente podrían incluirse entre los anélidos. Finalmente existe otro conjunto emparentado a estos animales ya que poseen una segmentación espiral, si bien no exhiben lofóforo, y que suelen ser agrupados en el taxón platyzoos, e incluye a los rotíferos, gnatostomulida, platelmintos, gastrotricos y cicliofora (Dunn y col. 2014) En cuanto a los deuterostomados se consideró, históricamente, su origen en un animal sésil y filtrador, aunque actualmente se lo cree más similar a un organismo más o menos vermiforme, activo y móvil. Este superfilo, los deuterostomados (Fig. 1.4) incluyen a los hemicordados, equinodermos y cordados, conteniendo este último a los vertebrados. En este superfilo antiguamente se incluían a algunos grupos a los que se eliminó gracias a los últimos estudios de filogenómica, como a los braquiópodos, si bien, por otro lado, se discute la posibilidad de incluir a algunos otros filos “menores” como xenoturbéllidos y acelomorfos. Por otro lado, aunque se acepta la pertenencia a los deuterostomados de los hemicordados, equinodermos y cordados, no están claras las relaciones entre ellos, aunque, probablemente, los hemicordados formarían un grupo junto a los equinodermos, los “ambulacraria” algo ya predicho en el siglo XIX siendo, así, el grupo hermano de los cordados, taxón en el que se produjo un importante cambio en las relaciones de sus grupos. Básicamente consiste de urocordados (ascidias), cefalocordados (anfioxos) y - 13 -

vertebrados (peces y mamíferos, por ejemplo), aceptándose que los urocordados serían los más basales, y desde los cuales se originaron los anfioxos y vertebrados. Esta visión se basaba en la presencia de los miómeros, esto es, la presencia de musculatura corporal segmentada en los dos últimos taxones, además de la extrema simplicidad de las ascidias, que presentan importantes reducciones morfológicas y genómicas. Sin embargo ya parece suficientemente probado otro escenario. En este, los cefalocordados son anteriores a ascidias y cordados, apoyándose estos análisis en datos moleculares, morfológicos y ontogenéticos, como por ejemplo en la migración de las células de la cresta neural (futuras neuronas generadas durante la etapa embrionaria), y la formación de placodas epidérmicas, ambas marcas registradas de los vertebrados (Peterson y Eernisse 2016).

Fig. 1.3: Los protostomados (Tomado y modificado de Dunn y col. 2014). Origen de las imágenes: www.phylopic.org

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Como se mencionó en primer término, entre los animales existen cinco linajes claramente monofiléticos (Fig. 1.2). El problema es conocer el orden y tiempo de ramificación entre ellos. Esto ocurre debido a diversos inconvenientes relacionados a cuestiones metodológicas que no serán abordadas aquí y pueden ser consultadas en trabajos sobre cladística o evolución (dos discusiones breves pero muy interesantes y relacionadas a la evolución morfológica pueden ser el capítulo introductorio de Schmidt Rhaesa 2007 o Fitch 2000). Como sea, y a pesar que los poríferos fueron considerados el grupo hermano de los animales bilaterales, existe cierto consenso en colocar ahora a los ctenóforos en este lugar, lo que ha sido uno de los resultados más sorprendentes de estos nuevos estudios. También la aparición del epitelio en sentido estricto del término (con desmosomas en cinturón) y de genes Hox y Parahox son de suma importancia para iluminar las primeras etapas de la evolución animal y dilucidar si son las esponjas o ctenóforos el grupo hermano del resto de los animales (Dunn y col. 2014).

Fig. 1.4: Los deuterostomados (Tomado y modificado de Dunn y col. 2014). Origen de las imágenes: www.phylopic.org

Para delimitar los grupos taxonómicos y trazar sus relaciones filogenéticos, clásicamente se utilizaron, esencialmente, características morfológicas. Por esto, determinar la homología entre los órganos es un tema serio, al punto que se habla de que es el mayor problema de la biología (Hall 1994), debido a que la homoplasía es un fenómeno muy común. Entre las estructuras donde existe mayor interés en conocer su origen se cuentan el epitelio, el músculo y el sistema nervioso, así como el intestino y el celoma, porque se formaron en las primeras etapas de la evolución animal y por tanto podrían responder como fueron las primeras etapas de la evolución morfológica. Sin embargo, no están claras las relaciones de homología entre los órganos de los diversos taxones basales (Dunn y col. 2014). El inconveniente se suscita porque frecuentemente dos caracteres son muy similares en sendas especies, aunque no son heredados desde el mismo ancestro. Esto ocurre porque el ambiente selecciona variantes más o menos equivalentes ante presiones selectivas similares (esto se da especialmente con las características - 15 -

morfológicas, pero no exclusivamente). La forma fusiforme, hidrodinámica y/o pisciforme de nutrias, focas, plesiosaurios, peces y ballenas ilustran muy bien este problema, el que en el caso de peces y ballenas llega a un nivel extremo (Fig. 1.5). Las alas de aves, murciélagos e insectos es otro caso típico, donde además, queda claro que no puede evolucionar cualquier forma, lo que restringe las posibles vías de evolución. Este tipo de características, que son similares en forma y función, aunque no originados en un ancestro común se los llama analogías u homoplasías, mientras a aquellos derivados desde un antecesor común, incluso pudiendo ser muy diferentes en los descendientes, se los llama homologías. Obviamente, interesa a la filogenia determinar exactamente cuales son analogías y cuales homologías, aunque el cómo hacer esto no es tarea fácil, y es una frecuente fuente de confusión en la construcción de los árboles filogenéticos y del análisis evolutivo de la forma corporal y de la evolución de los órganos.

Fig. 1.5: Animales fusiformes. A, ballena jorobada; B, plesiosuario; C, foca; D, atún. Origen de las imágenes: ballena jorobada,www.nauticalnewstoday.com; plesiosaurio, www.infoensenadadiario.blogspot.com.ar; foca, www.infobiologia.net; atún, www.donde-viven.com.

Un interesante ejemplo de homología es el caso de las alas que se presentan en los vertebrados como aves y murciélagos y en invertebrados como los insectos. En los dos primeros, dichos apéndices poseen un esqueleto similar porque ambos pertenecen al subfilo vertebrados, mientras en los insectos no. Sin embargo, el antecesor común de aves y mamíferos, un animal tetrápodo que vivió hace 320 millones de años ni volaba, ni tenía alas, sino sólo miembros para andar originados - 16 -

en los primeros tetrápodos, que luego en cada unos de ambos taxones, dieron origen a las alas, en forma independiente. Por esto, los esqueletos de ambos miembros anteriores en murciélagos y aves son homólogos, aunque sus alas son análogas. Con los insectos, el caso es de solución más simple. El último ancestro común entre insectos y vertebrados, vivió mucho antes aún, y ni siquiera está exactamente documentado cual fue, pero, como sea, en la base de los linajes que condujeron a ambos grupos, en ningún caso hay alas, además de que los principios anatómicos de construcción difieren completamente.

El ambiente y la evolución animal inicial Para comprender el origen y evolución de los animales es crucial entender el contexto ambiental del planeta en tales épocas, por lo que se dará una breve introducción de la formación del globo terrestre. La Tierra se formó hace unos 4500 millones de años por acreción de meteoritos y polvo interestelar, y en los primeros tiempos era sumamente caliente y radiactiva debido a que las intensas presiones de su interior desataban poderosas reacciones nucleares. Pero luego de varios cientos de millones de años el planeta alcanzó una temperatura relativamente baja por lo que comenzó a producirse la evolución prebiótica y luego la biótica, culminando en el origen de las primeras células más simples, las procariotas, de las que luego se originaron las eucariotas, lo que habría ocurrido hace unos 3500 millones de años. En estos momentos el planeta, aunque menos activo, pasaba por períodos de tiempo muy convulsionados, como las glaciaciones globales, que son un buen ejemplo de tales fenómenos, de gran magnitud y alcance temporal y espacial. De todas maneras, se está hablando de una escala de tiempo muy grande (cientos y miles de millones de años) por lo que es difícil caracterizar con exactitud dichos eventos (Cowen 2013). Algunos de los cambios climáticos, geológicos y ecológicos de aquella época fueron; extremo vulcanismo que liberó a la atmósfera grandes cantidades de dióxido de carbono, lo que produjo lluvia ácida y aumento de la temperatura (efecto invernadero); intensa erosión de los glaciares montanos de los trópicos que, así, transportaron grandes cantidades de fosfatos a los mares, el que junto al hierro, que también aumentó sus niveles permitieron mayores tasas de desarrollo de los autótrofos, y finalmente, la intensa mezcla de las aguas tropicales, lo que posibilitó la ocurrencia de grandes floraciones de algas y cianobacterias, al permitir la fertilización de las aguas libres. La conjunción de estos factores habrían producido un notable aumento en la tasa fotosintética de los mares tropicales, elevando por tanto la cantidad de oxígeno presente, a lo que se denominó como gran evento oxidativo, lo que finalmente permitió el aumento del tamaño y actividad de los primeros protistas y/o animales. - 17 -

Dicho acontecimiento fue crucial, ya que la mayoría del tiempo la vida sobre el planeta fue simple, unicelular y formada por procariotas, que eventualmente solo formaban colonias y no tejidos, lo que puede saberse gracias a antiguos fósiles de aquella época. Además, de acuerdo a diversas pruebas geológicas no había suficiente oxígeno libre en la atmósfera y los mares, lo que impedía la emergencia de los organismos grandes, complejos y metabólicamente más activos como los animales o vegetales. Esto se debe a que precisan efectuar la respiración celular, que consume abundante oxígeno para sostener su elevado metabolismo. Es obligatorio concluir, por tanto, que los primeros organismos unicelulares utilizaban algún tipo de fermentación celular más que de respiración aeróbica para extraer energía de los alimentos. Como el oxígeno es una sustancia sumamente reactiva, que tiende a unirse a casi todos los elementos de la tabla periódica, liberando energía en reacciones oxidativas, es también muy útil en la célula, porque le brinda la posibilidad de liberar una mayor cantidad de energía que la fermentación. De esta manera, al haber mayor disponibilidad de oxígeno, se posibilitó la emergencia organismos más grandes, complejos y activos, los animales. En la historia de la vida, existen varios fenómenos y eventos que, de manera similar, fueron como una bisagra entre dos momentos muy diferentes. Algunos ya fueron mencionados en la página 10, a los que se sumarán unos poco más como, luego de la aparición de la vida en sí misma, la formación de las células eucariotas a partir de un ancestro procariota, la diversificación de aquellas y la aparición de los protistas, el origen de la multicelularidad, la explosión cámbrica y el surgimiento de las plantas y animales en los mares primitivos y la invasión de la tierra firme. Asociados a estos fenómenos biológicos se tienen otros de tipo geológico o climáticos, como la Glaciación Global, en la que la tierra habría tenido tanto hielo que se la vería como una gran bola de nieve, con temperaturas de hasta -50°C (esta es en verdad la versión más extrema de la hipótesis, según la cual pueden haber existido diversas glaciaciones sucesivas y casi totales en un período de varios millones de años desde unos 750 hasta hace unos 620 millones de años atrás). Estos eventos son muy discutidos y es probable que nunca se llegue a un acuerdo total y a un nivel de certeza absoluto (en verdad en ciencia nunca se considera a la verdad como absoluta), debido a que las evidencias son indirectas, incompletas y sujetas a diferentes interpretaciones, basadas en metodologías analíticas muy complejas. Pero fenómenos más o menos similares a los propuestos tienen que haber ocurrido necesariamente. Es la única explicación racional posible.

El origen de la pluricelularidad y de los tejidos Así las cosas, luego de aparecida la primera célula eucariótica, en algún momento en torno a los 1000 millones de años atrás surgió el primer metazoo, al que se bautizó como Urmetazoo, que por definición, era pluricelular, porque se - 18 -

considera necesariamente a un animal como un organismo multicelular. Probablemente haya tenido una similitud superficial a alguno de los animales más simples actualmente existentes, lo que no significa que estos sean descendientes directos. Entre tales animales basales se cuentan a las esponjas y a un diminuto ser, ya mencionado, el placozoo, que vive en el lecho marino. Este último tiene unas pocas clases de células diferentes (por comparación un ser humano posee unas 200 clases de células). Ahora bien, ¿qué organismo puede ser más simple que este animal, o una esponja, y estar emparentado al ancestro de todos los metazoos? Todo indica que una hipótesis formulada en el siglo XIX podría responder a tal interrogante. En dicha explicación se postuló que ciertos organismos unicelulares, llamados coanoflagelados, serían similares a los ancestros de los animales, previa adquisición de la pluricelularidad. Las razones para proponer esto fueron que algunas de las células de las esponjas, llamadas coanocitos, son morfológicamente muy similares a los coanoflagelados (Fig. 1.6). Además, ciertos coanoflagelados forman colonias más o menos inestables con un variable número de células, lo que fortaleció la idea de tal parentesco, ya que esto permite ver a la agregación de células, paso previo a la verdadera pluricelularidad, como una propiedad bastante común que podría haber ocurrido con mucha probabilidad. Sin embargo esta hipótesis permaneció en un estado de indefinición por bastante tiempo. En estos últimos años, empero, vinieron en su apoyo diversos datos desde estudios moleculares. Esto gracias a que se compararon los genomas de varios organismos evolutivamente muy distantes, y definitivamente pudo establecerse que los coanoflagelados son el grupo hermano de los animales, porque por ejemplo poseen numerosos genes en común, incluso ciertas moléculas exclusivas de las neuronas de los eumetazoos, siendo que ni los coanoflagelados, ni los placozoos ni las esponjas poseen estas células, lo que indica que en aquellos ya estaba la maquinaria molecular que luego sería utilizada por las células nerviosas Los coanoflagelados también tienen genes que en los metazoos producen proteínas que intervienen en las uniones celulares, elemento esencial para alcanzar la multicelularidad. Está claro el camino entonces. Lo que sin embargo no está muy claro es el camino evolutivo exacto, lo que es algo que difícilmente pueda conocerse porque son eventos irrepetibles y sujetos a la influencia del azar, que podrían haber resultado en otro producto final. Es como estudiar cualquier evento histórico, se sabe el resultado, pero no el camino recorrido por cada uno de los personajes. Como se dijo, no se conoce el momento exacto en que los animales surgieron, ni con total certeza todas las relaciones de parentesco entre los fósiles más antiguos encontrados. Sin embargo, los biólogos han reconstruido teóricamente el primer animal, y como se dijo, hasta le han puesto nombre, ¡sin haberlo encontrado aún! ¿Cómo es posible esto?

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Fig. 1.6: A, micrografía electrónica de barrido del coanoflagelado de Salpingoeca roseta; B, esquema de un coanoflagelado; C, esquema de un coanocito; D, micrografía electrónica de barrido de la pared de un porífero. Origen de las imágenes: A, www.bio.dayel.com; B, www.tolweb.org; C, www.pinterest.fr; D, www.discovermagazine.com

Gracias a la reconstrucción de caracteres basada en la biología comparada y a los estudios filogenéticos. Esto consiste en saber qué características poseen los animales actuales y los más basales y antiguos. Al compararlas, podemos saber que tienen en común, y se supone que estas, entonces, tienen que haber aparecido en el último ancestro en común. Algo similar a si comparamos todos los primos de una familia. Podemos inferir como habría sido el abuelo X, descartando los caracteres no comunes, que serían originados en los otros abuelos. Claro que es un método con fallas e incierto, por lo cual se investiga continuamente, pero ha dado excelentes resultados. Como sea, a través de este tipo de comparaciones, efectuadas con características bioquímicas, histológicas, morfológicas y genómicas, se han postulado las características de varios organismos situados en los nodos o dicotomías principales de la evolución. O sea en los puntos donde aparecieron los animales que originaron a las principales divisiones. De esta manera fue caracterizado, teóricamente, y bautizado, el ya mencionado Urmetazoo, que significa algo así como “el primer animal”, así como el ancestro del cual derivan todos los animales bilaterales, el Urbilateria, o “primer animal bilateral”. De estos análisis puede inferirse que en este primer animal tendría que haber surgido algún tipo de unión celular más o menos permanente que permitiera alcanzar la pluricelularidad, lo mismo que la conformación de una matriz extracelular, aunque más no sea algo primitiva. Desde este punto, que ya sería el Urmetazoo (Urquiza y Carezzano 2013a), se habrían generado una serie de linajes animales que finalmente dieron origen al Urbilateria. Entre el Urmetazoo y este último, y quizás en algunos pasos evolutivos posteriores, probablemente se originaron varios de los tejidos actuales. Se dice probablemente porque existe la posibilidad de que los mismos tejidos en diversos animales hayan aparecido en forma independiente. - 20 -

Esto es lo que aconteció con el músculo, que parece haberse generado en forma independiente en las medusas y en el resto de los animales. Sin embargo no se han evaluado las relaciones evolutivas de los tejidos entre todos los metazoos, por lo que es una cuestión abierta a posibles sorpresas. Por ejemplo, se sabe ahora que vertebrados, lombrices y moscas comparten ciertos genes que determinan el desarrollo del cerebro. O sea, a pesar que estos animales están separados por cientos de millones de años de evolución, al menos parte de sus cuerpos son construidos con los mismos principios y genes. Es por tanto muy probable que ya desde el inicio de la evolución animal, habrían estado presentes los mismos genes y quizás efectuando las mismas funciones, fenómeno que se conoce como homología profunda (ver a Jenner 2014, interesante artículo acerca de la conformación del cuerpo de los animales donde se menciona este concepto en el contexto del que se habla aquí).

La evolución de los primeros animales Como sea, una vez pasadas las glaciaciones, (las que no deben confundirse con las glaciaciones del cuaternario) se registró una intensa tasa de generación de nuevos linajes animales, algo relativamente común en la historia de la tierra. Así, los eventos donde se producen gran número de especies u otros taxones de organismos son conocidos como radiaciones biológicas y suelen verse luego de grandes catástrofes geológicas, donde quedan “vacíos” los nichos ecológicos. Estos conceptos y afirmaciones se basan en la interpretación de diversos datos geológicos y de modelos informáticos, por lo que a veces pueden parecer muy especulativos. Sin embargo, también se han encontrado diversos fósiles como foraminíferos y otros que, aunque de muy reciente descubrimiento, y de naturaleza incierta, parecen ser esponjas de unos 760 millones de años. Sin embargo, si bien existen diversos restos que podrían adscribirse a animales, fósiles indiscutibles de estos, y con una antigüedad de unos 560 millones de años, han sido hallados en Rusia, China, y Australia. Los yacimientos de este último país se encuentran en la zona de Ediácara, por lo que a esta época se conoce como el período de Ediácara, el que va desde 575 hasta 543 millones de años atrás, cuando comenzó el Cámbrico, de aquí su enorme relevancia. Con todo, debe tenerse en cuenta que son animales pequeños y de cuerpo blando, como medusas y lombrices, por lo que encontrar sus fósiles es realmente muy infrecuente debido a que es más probable que sean destruidos que conservados. Esto explica la dificultad en reconstruir la evolución biológica de épocas tan lejanas, a pesar de lo cual, algunos fósiles, como los encontrados en ciertas minas de fosfato en Doushantuo, China, tienen incluso una estructura tan delicada que se han preservado las formas celulares cristalizadas en tres dimensiones (Cowen 2013). - 21 -

Los filos y los planes corporales Uno de los primeros pensadores en estudiar a los animales, fue el filósofo griego Aristóteles, llamado por esto, el padre de la zoología, quien estudió, entre otras cosas, su cuerpo en el libro “Sobre las partes de los animales”. Más cerca en el tiempo, este tipo de estudios se efectuaron en el contexto de la naciente medicina humana, con lo que se desarrolló, progresivamente, la anatomía. Esta ciencia es el estudio de las estructuras de los organismos y proviene del griego anatome: disecar. Puede ser descriptiva o topográfica. La primera estudia al cuerpo animal dividido en sistemas morfológicos como por ejemplo el sistema digestivo, mientras, la segunda lo hace por regiones corporales, como por ejemplo el tronco. En tanto la morfología del griego morphos, forma y logos estudio, (Venes y Taber 2005) suele tener una acepción más amplia abarcando a la histología o a la embriología. En el caso de la Biología Animal el tratamiento se complica un poco debido a que deben abordarse, idealmente, todos los grupos animales, porque, ¿por qué dejar uno sin estudiar? No hay una respuesta racional, excepto que el volumen de información es inabarcable. Pero pueden trazarse los rasgos generales de la evolución morfológica, aunque sea de los animales más complejos, que como se adelantara en el prólogo, son los que serán abordados aquí, esto es, algunas clases de anélidos, moluscos, artrópodos y cordados. En relación a esto, es muy llamativo que existe una neta discontinuidad entre los planes corporales de los animales, o sea, no existen animales con arreglos anatómicos más o menos intermedios entre los diferentes filos, lo que es atribuido a dos posibilidades. Una es que dichos taxones se formaron de manera relativamente rápida y brusca, no dejando intermediarios evolutivos, o que estos no se encuentran simplemente debido a problemas de muestreo en el registro fósil. Nótese que estas ideas no son necesariamente excluyentes. Cualquiera que sea la causa, se denomina Explosión Cámbrica a esta real o aparente aparición brusca de los planes corporales en el registro fósil y existe una gran y apasionante discusión teórica acerca de las causas ambientales, mecanismos genéticos y de desarrollo que habrían generado la aparición de dichos planes (Willmore 2012).

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Capítulo 2 LOS ANIMALES, UN CONJUNTO DE CÉLULAS

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El cuerpo como un agregado de células El cuerpo de un animal algo avanzado (una lombriz de tierra por ejemplo) puede ser representado como un tubo doble. El más interno es el tracto digestivo. Rodeándolo se halla el celoma o cavidad corporal con las vísceras, y alrededor de estas se encuentra la pared corporal constituida por los músculos, los huesos (si fuera un vertebrado) y el tegumento. En la pared del cuerpo o en las propias vísceras se disponen distintos conjuntos celulares, los tejidos, que, agrupados en órganos, efectúan las funciones biológicas del animal como por ejemplo, distribuir hacia su destino, nutrientes, desechos, información y respuestas motoras y secretoras o efectuarlas en sí mismas. Estos tejidos y órganos de la pared o la cavidad corporal son los que conforman los sistemas morfológicos. Existen once de estos en el ser humano y en los vertebrados (Fig. 2.1), los que llevan a cabo diferentes tareas metabólicas para mantener la homeostasis y así brindar un ambiente adecuado a las células y tejidos.

Fig. 2.1: Los sistemas de órganos de un vertebrado y sus interrelaciones. Flechas amarillas, intercambio con el exterior; flechas azules, intercambio interno; flechas negras, sentido del fluido circulatorio. SC, sistema circulatorio; SD, sistema digestivo; SE sistema endocrino; Sex, sistema excretor; SN, sistema nervioso; SR, sistema respiratorio; SRp, sistema reproductor

La homeostasis es la constancia del medio interno, que es el ambiente formado por líquidos, solutos, matriz extracelular y moléculas señal que rodea a las células. Por esto deben mantenerse entre ciertos valores más o menos dinámicos las diversas características físico-químicas y biológicas como el contenido de dióxido - 24 -

de carbono o la acidez. Este equilibrio es alcanzado gracias a receptores específicos que pueden detectar cambios en dichos parámetros. Entonces, intervienen los sistemas de órganos pertinentes para regular y mantener los valores apropiados en los tejidos. Una posible definición de tejido es la brindada por Saladin (2012), que dice que son conjuntos de células del mismo origen embrionario, con una estructura similar y funciones semejantes, asociadas más o menos fuertemente según el caso, por medio de uniones celulares u otras estructuras (fibras intercelulares, por ejemplo). En el ser humano y en todos los demás animales se encuentran cuatro tipos básicos de tejidos adultos: epitelial, conectivo, muscular y nervioso, que dan cuenta de la constitución del bauplan animal (Jonusaite y col. 2015). El tejido epitelial podría ser caracterizado como una capa continua de células con contactos intercelulares extensos y fuertemente unidas por diversos tipos de uniones celulares. Normalmente separan y limitan superficies externas (epidermis de la piel) o revisten cavidades y conductos (celoma y tracto o tubo digestivo). Se supone que este tejido fue el primero en originarse en el Urmetazoo (Urquiza y Carezzano 2013a). El conectivo funciona como relleno y sostén, y además por él surcan los vasos sanguíneos y nervios, los que sin tal tejido no podrían acceder a otras áreas corporales. Presenta pocas células (las típicas son los fibroblastos), aunque posee abundante substancia intercelular, con una variable cantidad de fibras (como el colágeno). El tejido muscular, por otro lado, tiene poca substancia intercelular y abundantes células, los miocitos. El tejido nervioso, en tanto, está conformado por las neuronas, células especializadas en conducir información mediante dos vías, una eléctrica, por cambios de voltaje en su membrana celular, y otra química, producida en la sinapsis situada entre las neuronas. Forma grandes órganos especializados como el encéfalo y la médula espinal (no confundir con la médula ósea) (Tórtora y Derrickson 2007). Ahora es posible entender mejor como se relaciona el medio interno y la célula, situación que se ejemplificará pensando en un fibroblasto. Estas células son típicas del tejido conectivo y se hallan rodeada por matriz extracelular a la cual constantemente llegan líquidos y solutos. Estos fluidos tienen dos orígenes, uno, en la absorción de sustancias efectuada en el intestino, y otro, en la salida de los nutrientes orgánicos, sales y agua extravasados de la sangre de los capilares, cuya finalidad es nutrir al mencionado fibroblasto. Debe resaltarse que toda la sangre, en los vertebrados, está siempre encerrada en los vasos y sólo se dejan escapar los mencionados compuestos y algunos otros con funciones específicas, en momentos particulares. Sin embargo, este líquido se podría acumular en los tejidos causando edema, debido a que muy poca cantidad puede reingresar a la circulación sanguínea, debido a que esta presenta mayor presión. Para esto, sin embargo, existen los vasos linfáticos, que aceptan estos líquidos, los llevan por conductos - 25 -

cada vez mayores hasta llegar a un gran vaso linfático que desemboca en la circulación venosa, con lo cual los fluidos intersticiales terminan regresando a la circulación general. Además, piénsese que por esta vía pueden expulsarse gases y desechos que serán separados del cuerpo. Así la sangre podrá transportar estos desperdicios hasta los sistemas morfológicos encargados de su excreción, principalmente el excretor. Pero, ¿cómo detecta el cuerpo si la sangre debe circular más o menos rápidamente, modificar su flujo y volumen, o quizás efectuar una contracción muscular del tubo digestivo cercano al fibroblasto? Por medio de estructuras especiales (receptores sensoriales, que son neuronas específicas) que, finalmente actúan sobre el ritmo cardíaco, la tasa respiratoria, o los movimientos peristálticos, mediante la acción del sistema nervioso o endócrino. Así, mediante constantes ajustes efectuados gracias a la detección de cambios en el medio interno, se regulan las condiciones de este modificando el estado de actividad de los diferentes sistemas.

Los tejidos básicos Podría empezarse este apartado con una pregunta, cuya respuesta fue adelantada en parte ¿qué son los tejidos? Ross y Ross y (2016) los define así, los tejidos son agregados de células organizadas para efectuar una o más funciones específicas…y que frecuentemente exhiben un reconocible y particular patrón de organización. A dicho interrogante también podrían agregarse qué es una célula y qué diferencias existen entre ellas para conformar los diferentes tejidos. Pero el problema es que si bien se dispone de una definición aceptable de célula o tejido, no es fácil definir si dos o más tipos celulares en diferentes organismos son o no correspondientes entre sí. Esto ocurre porque a pesar que los diferentes tipos celulares se identifican según su estructura, función y ubicación, en ocasiones células que son idénticas en tales caracteres presentan diferentes historias o distintos mecanismos de desarrollo (Slater 2013). O sea, no son “la misma cosa”. La dificultad de establecer la identidad entre células y tejidos puede ser incluida en la de definir que es la homología, así como en reconocerla y diferenciarla de la homoplasia. Otro problema, no menor, es que la descripción histológica de animales de filos no vertebrados es poco frecuente, lo que dificulta trazar las relaciones evolutivas entre los tejidos de diferentes animales. Por ejemplo, ¿es homólogo el epitelio del tegumento de moluscos, anélidos y cordados? No es fácil responder a esta pregunta, si bien se está avanzando notablemente en, al menos, identificar tales relaciones en algunos tejidos (Arendt y col. 2016). Por ejemplo, Vickarious y Hall (2006) identificaron 416 tipos celulares en los humanos adultos. Claro que esto es apenas el comienzo para poder comparar estas células con las de animales más o menos distantes. - 26 -

Al ser los tejidos agregados celulares de diferente tipo cabe preguntarse ¿qué es un tipo celular?, por ejemplo, ¿cómo se relacionan una neurona de una medusa con la de un ser humano? El problema es que no parece haber una teoría acerca de lo que es un tipo celular, más allá de que los tipos celulares probablemente tengan una existencia real. Esta discusión acerca de los fenómenos biológicos como objetos reales o constructos humanos también se da, por ejemplo, en la discusión del estatus ontológico de la especie (Slater 2013). Cualquiera sea la naturaleza ontológica de la célula y los tejidos, o su grado de homología entre los diversos animales, lo cierto es que la complejidad de estos se basa en su capacidad de formar órganos, los que se construyen gracias al epitelio y el mesénquima (derivado del primero), los que a su vez podrán diferenciarse en varios más a lo largo de la ontogenia y filogenia. Por esto, comprender sus diferencias y su mutua interdependencia y de como un tipo celular o tejido se transforma en otro permitirá entender los mecanismos y vías del desarrollo corporal. Los epitelios son formados por células polarizadas, con matriz extracelular en su base y en su zona apical, organizadas en forma paralela unas con otras y unidas fuertemente por complejos de unión celular dispuestas en franjas continuas, como los desmosomas en cinturón. El mesénquima, en tanto, está conformado por células que pueden adoptar diferentes tipos de polaridad, con contacto con la matriz extracelular en cualquier punto de su superficie y con uniones celulares de tipo focal (Tyler 2003).

Origen y evolución de los tipos celulares y tejidos. El problema de la homología A pesar de que se efectuaron notables avances en el estudio de la evolución de los animales, los tipos celulares, los tejidos y los órganos que se originaron en los primeros estadios de esta aún no son conocidos claramente. Así, dos preguntas guían este tipo de análisis. ¿Cuáles son las células homólogas entre dos especies o taxones?, y ¿cómo han evolucionado dos células de tejidos más o menos similares en una especie dada, a partir de un tipo celular ancestral? Actualmente, mediante diversas técnicas moleculares es posible determinar y comparar, entre diversos tipos celulares, la similitud en los genes expresados así como el conjunto de genes reguladores o factores de transcripción que actúan para lograr un fenotipo específico. Así puede saberse cuan cercanos son distintos linajes celulares, estableciendo a veces homologías insospechadas, como por ejemplo las motoneuronas somáticas, por un lado, y las neuronas sensoriales periféricas, por el otro, entre insectos y cordados. Sin embargo, frecuentemente surgen problemas al efectuar estas comparaciones porque, por ejemplo, algunos genes se han perdido o han mutado mucho más rápidamente que sus pares (Arendt 2008). Arendt (2008) discute varios principios y elementos centrales por los que habrían evolucionado los tipos celulares ancestrales, los que se discutirán - 27 -

someramente a continuación. La “multifuncionalidad primigenia” se refiere a que las primeras células, como las epitelio musculares de los cnidarios, habrían presentado varias funciones (cobertura, sensorial y contráctil, por caso). Estas tareas se separarían por “segregación de funciones” al especializarse la célula multifunción en varios linajes celulares descendientes (siguiendo con el ejemplo anterior, dado por Arendt, serían epitelio, neuronas y músculo). Para esto sería necesario que cierto conjunto de genes que codifican para factores de transcripción específicos, que determinan la estructura y función celular, se inactivaran. A este evento le seguiría la “divergencia de funciones” por la cual linajes que se han originado de un tipo celular común, comienzan a expresar funciones diferentes, quizás por adopción de genes nuevos (por duplicación génica, por ejemplo). Por último, pueden surgir nuevas funciones en los tipos celulares originados por los mecanismos mencionados, quizás por cooptación génica. El último fenómeno mencionado es una innovación o novedad evolutiva, uno de los principales problemas a explicar por la biología evolutiva. Un llamado de atención respecto a esto. No deben pensarse en las novedades siempre como características u órganos complejos. Por ejemplo la lengua, los labios y las mejillas, órganos relativamente simples, son novedades evolutivas para los vertebrados y los mamíferos, respectivamente (Roth y col. 2014). Como surge de la lectura anterior, este problema se inscribe en la discusión más general de homología-analogía, sólo que tradicionalmente esta se limitaba a los órganos y sus sistemas, como es fácil de ver en cualquier tratado de anatomía comparada. Por esto mismo es interesante citar aquí el concepto de niveles de homología. Esto es, existen diferentes grados de homología, como es expresado en el concepto ya mencionado de homología profunda (deep homology). Por lo expuesto, al tratar los tipos de tejidos en diferentes filos no se asume ni se niega la homología posible de los mismos, sólo se utiliza la clasificación clásica, basada en la estructura, ubicación y función de los tejidos. Si corresponde, se hará expresa referencia al nivel de homología entre los mismos. El tejido epitelial. Normalmente reviste cavidades, tubos o superficies externas o internas. Se halla así en la piel, los vasos sanguíneos, los tractos respiratorio y digestivo, entre otros. También forma las glándulas, que son agregados celulares generalmente incorporados en medio del tejido conectivo, y especializados en la secreción de sustancias. El tejido conectivo. Es el más diverso de todos. Se presenta en numerosas variedades y consiste de células que se hallan muy separadas entre sí debido a que existe abundante substancia intercelular, que las rodea en toda su superficie. No exhiben uniones celulares entre ellas. Ejemplos de este tejido son la sangre, el tejido conectivo laxo, óseo o cartilaginoso. Obsérvese, sin embargo, que un hueso en - 28 -

particular es un órgano, formado principalmente por tejido óseo, pero también por otros como el nervioso y conectivo denso. El tejido muscular. Posee la única y particular función de acortar sus células gracias al deslizamiento de proteínas intracelulares. No es tan variado, existiendo principalmente el tejido muscular estriado y el liso. Forma los músculos esqueléticos, el corazón y la capa de músculo liso de los tractos viscerales. Vale aclarar como en el caso anterior que un músculo en particular es un órgano, que se halla conformado por tejido muscular, nervios, tejido conectivo y vasos. El tejido nervioso. Está conformado por neuronas y neuroglia, células acompañantes. Las primeras son generalmente alargadas, que pueden cambiar la permeabilidad de su membrana ante la llegada de estímulos. Esto genera una corriente eléctrica que permite, eventualmente, que la célula libere sustancias llamadas neurotransmisores, que a su vez actúan sobre otras neuronas o células musculares por ejemplo. Así estas reciben la orden de contraerse, por ejemplo.

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Capítulo 3 ORGANIZACIÓN DEL CUERPO ANIMAL

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Los sistemas de órganos: generalidades Los sistemas morfológicos se encargan de responder a determinadas demandas del animal. Dichos sistemas, según el objetivo del autor, pueden combinarse de diferente manera cuando se los clasifica, como por ejemplo, al sistema osteo-artro-muscular, que incluye a huesos, articulaciones y músculos, llamados por esto sistemas del sostén y el movimiento, los que pueden estudiarse juntos o separados. A continuación se hará una breve descripción de los mismos, pero por cuestiones didácticas siempre referidos, por ahora, a un mamífero, si bien podrá mencionarse alguna situación de interés en otros organismos como para introducir una visión comparada. En los capítulos específicos se abordarán los aspectos particulares de cada taxón. Sistema tegumentario. Lo forma la piel, la que incluye a la epidermis y a la dermis. Es el órgano más extenso del cuerpo, al que limita y protege de la deshidratación y la entrada de abrasivos o patógenos. La epidermis es un epitelio estratificado plano de origen ectodérmico, de espesor variable, y origina también a uñas y pelos. La dermis, de origen mesodérmico, se halla por debajo y está formada por tejido conectivo de diferente tipo y de espesor también muy variable. Debajo de esta se encuentra la hipodermis, frecuentemente rica en tejido adiposo (tejido conectivo que acumula grasa), la cual no es parte del sistema tegumentario si bien se halla funcional y anatómicamente en relación con este. Los vasos sanguíneos llegan sólo hasta la base de la epidermis, a la que alimentan por difusión. En cambio, ciertas ramificaciones sensitivas del sistema nervioso si pueden llegar hasta aquella para detectar diversos estímulos. Finalmente debe mencionarse que la piel posee numerosas y variadas glándulas como las sebáceas o sudoríparas, así como los melanocitos, células productoras del pigmento que dan origen al color de la piel. En la mayoría de los filos de tipo invertebrado, la epidermis consiste de una capa simple de células, dado que habitan en ambientes húmedos y protegidos. Son típicas células epiteliales polarizadas, las que segregan diversos materiales hacia el exterior o interior del animal, contribuyendo a la formación de la materia extracelular, las que pueden especializarse presentándose como cutículas, externamente, o como membrana basal internamente. La matriz extracelular se encuentra en la base de la evolución de los animales, y puede encontrarse un tratamiento con una visión amplia en Ozbek y col. (2010) y Hynes (2012). Aunque es discutido, es probable que ya las esponjas presenten una verdadera epidermis, toda vez que parecen exhibir ciertas diferencias entre el ambiente exterior y la mesoglea (Schmidt Rhaesa 2007). En los tetrápodos el tegumento es estratificado y, en general, exhibe diferentes arreglos estructurales y variantes químicas de queratinas y lípidos, que posibilitan una gran fortaleza estructural y evitar la desecación a la vez que permiten la percepción (Lillywhite 2006). - 32 -

Sistema osteo-artro-muscular. Son los huesos, articulaciones y músculos. Los huesos son órganos formados por un tipo de tejido conectivo especial, rico en fibras extracelulares y con depósitos de calcio, lo que le confiere la dureza. Sirven para proteger a las vísceras (caso de las costillas o de las vértebras), de sostén del cuerpo y como palanca de los músculos. Entre los huesos se encuentran las articulaciones, que pueden ser más o menos móviles y están constituidas por tejido fibroso y/o cartílago. Formando parte de estas y entre los huesos se hallan los ligamentos, bandas de tejido conectivo rico en fibras muy resistentes. Finalmente, insertos en los huesos mediante los tendones, que son similares a los ligamentos, se encuentran los músculos esqueléticos, de contracción voluntaria. La acción de los músculos se realiza mediante la contracción de uno, por ejemplo el flexor, mientras se distiende el opuesto, en este caso el extensor. El “trabajo” es realizado por el que se contrae, ya que el que se distiende simplemente se relaja. Así, la posición del brazo flexionado, implica al bíceps contraído y al extensor distendido, mientras que cuando el brazo se extiende, ocurre lo contrario. Así, siempre habrá músculos en contracción. El músculo consiste de células que se contraen gracias, principalmente, a la acción deslizante de dos proteínas, la actina y la miosina. Ambas proteínas son muy antiguas y ubicuas, habiendo equivalentes a la primera incluso en bacterias, y a la miosina en plantas y hongos. Por esto se considera que ambas moléculas ya se hallaban en los primeros metazoarios. En las esponjas (quizás los animales más basales) por ejemplo, existen células contráctiles que permiten que sus ósculos puedan cerrarse. Se cree que probablemente el músculo liso, el que no está tan altamente organizado, es la condición primaria, desde la cual emergieron varios patrones de estriación en los músculos estriados. Y dentro de los músculos estriados, la organización en una capa circular externa y una capa longitudinal interna, como en las lombrices, sería la más general y basal, desde la cual emergió la más especializada encontrada en los animales con esqueleto. El músculo, derivado mesodérmico, sería incluso más antiguo que el tejido conectivo, y habría posibilitado la complejización del cuerpo animal al permitir mayores movimientos, así como una mejor coordinación de estos. Está, por tanto, implicado en la aparición de la triploblastia, e indirectamente, en la complejización del sistema nervioso, al permitir una mayor actividad del animal (Rieger y Ladurner 2003). Como sea, es posible que el músculo no sea homólogo entre los cnidarios y los animales bilaterales (Steinmetz y col 2012). Sistema nervioso. En términos generales, el sistema nervioso puede clasificarse como difuso, hallado en los cnidarios, o centralizado, encontrado en los animales bilaterales, considerándose al primero como el más basal. Está conformado por células nerviosas o neuronas, que conducen la información, y células de sostén, la glía, las que son mucho más numerosas que las primeras. En - 33 -

el hombre y en todos los vertebrados, este sistema puede dividirse en el sistema nervioso central, ubicado dentro del cráneo y de la columna vertebral, y en el sistema nervioso periférico, ubicado por fuera del anterior. El sistema nervioso central consta, a su vez, de la sustancia gris y la sustancia blanca, cuya conformación depende de las neuronas y neuroglia presentes. Las neuronas constan de un cuerpo principal, estrellado, y dos prolongaciones, una mayor, axón, y varias menores, dendritas. La mayoría de los cuerpos neuronales se encuentran en la llamada sustancia gris del sistema nervioso central, mientras las prolongaciones, principalmente los axones, se encuentran saliendo de esos centros grises y forman la sustancia blanca, a la que otorgan este aspecto debido a la presencia de mielina, una sustancia grasa formada por la neuroglia. Una vez que estas prolongaciones dejan el sistema nervioso central a través de los agujeros del cráneo o la columna, se denominan nervios. Varias neuronas conforman a un nervio, el que puede ser muy delgado o bastante grueso. A su vez los nervios están rodeados de tejido conectivo protector. El sistema nervioso actúa modificando la actividad de las glándulas o de los músculos, lo que hace según la información que acarrean los nervios sensitivos provenientes de los sentidos y sensorio, produciendo respuestas rápidas y acotadas en el tiempo. Otra división del sistema nervioso es el sistema nervioso autónomo, el que regula de manera inconsciente e involuntaria la actividad de las vísceras. Si bien el encéfalo consta de varias partes, el cerebro (telencéfalo) es el más conspicuo y reconocido. Finalmente, el segundo componente histico del sistema nervioso, la glia, fue conceptualmente reconocido como un “cemento interneuronal” originalmente por anatomista Rudolf Virchow. Estas células, cuyo origen puede ser ectodérmico o mesodérmico, sirven como orientación al crecimiento y desarrollo neuronal, para su nutrición, defensa, y mantenimiento del medio interno, e incluso, establecen ciertas sinapsis con las neuronas, a las que, en algunos grupos zoológicos, pueden originar. Pueden encontrarse incluso en hidrozoos y acelomorfos, animales basales, no estando claras las relaciones evolutivas entre ellas (Gotz 2013), lo que también ocurre con las neuronas y el sistema nervioso en general (Urquiza y Carezzano 2013b; Loesel y col. 2013). Sistema endocrino. Muy relacionado con el sistema nervioso, este sistema está conformado por glándulas que producen hormonas. Las glándulas, son conjuntos celulares especializados en la producción de sustancias útiles (secreción) que en este caso son llamadas hormonas, sustancias químicas del tipo de las proteínas y/o lípidos que viajan por sangre y modifican el estado de actividad de otras células. A diferencia del sistema nervioso, produce respuestas lentas y prolongadas (crecimiento por ej.). La tiroides y la hipófisis son ejemplos muy conocidos. Entre los vertebrados, el hipotálamo, la hipófisis y la glándula adrenal son algunos de los componentes más antiguos encontrado en estos animales, - 34 -

adaptándolos a los estados de estrés o cambios ambientales (Denver 2009). Puede irse más lejos en el árbol filogenético, para mencionar la teoría unificadora, según la cual todos los organismos pueden sintetizar todas las hormonas, debido a que estas habrían estado ya presentes en los primeros organismos unicelulares, ancestros de los organismos actuales. Como sea, de todos los filos, sólo los artrópodos, los moluscos y los vertebrados presentan órganos particulares identificables como glándulas endocrinas, si bien dichas sustancias están ampliamente distribuidas, aunque no asentadas en órganos diferenciados (Bolander 2004). Con todo, ya en los cnidarios existen sustancias difusibles de acción local, aunque las verdadera glándulas están presentes recién en animales que exhiben sistema circulatorio, estando el sistema neuroendocrino, presente en los mismos filos nombrados, más los anélidos (Norris y Carr 2013). Entre los invertebrados no parecen existir ni hormonas sexuales esteroideas ni adrenales, habiendo aparecido la primera, aparentemente, recién en los cefalocordados. Finalmente, es muy posible que las hormonas se hayan originado antes que sus respectivos receptores, lo que permitió a estos exhibir una gran variabilidad estructural y funcional (Gomperts y col. 2009). Sistema linfático e inmunitario. Entre los protostomados, básicamente, existe una inmunidad innata y celular mientras que entre los deuterostomados se encuentra una adquirida y mediada por anticuerpos (aunque no exclusivamente). En los vertebrados, en tanto, sus constituyentes histicos son la linfa, los vasos linfáticos así como varios órganos y tejidos inmunitarios. Estos pueden ser primarios o secundarios. Los primarios son el timo y la médula ósea, donde se originan y diferencian las células madre de los glóbulos blancos. Los secundarios son el bazo, los nódulos linfáticos y los ganglios (los que no deben confundirse con los ganglios nerviosos) donde dichas células desempeñan sus funciones defensivas. Estos órganos se hallan rodeados por una cápsula de tejido conectivo que envía ramificaciones hacia el interior del órgano formando trabéculas. Están conformados por tejido conectivo reticular, rico en este tipo de fibras y que constituye el parénquima del órgano, donde se apoyan y distribuyen los glóbulos blancos (Antón Marín 2009), siendo la presencia de inmunidad innata un tema algo discutido. Entre los invertebrados puede encontrarse una variable capacidad de respuestas así como una notable especificidad y memoria de la misma, lo que hasta hace un tiempo se creía un atributo exclusivo y particular del sistema inmunitario de los vertebrados, y permitiría, incluso, la generación de vacunas para camarones de interés económico. En algunos se halla bien desarrollada la inmunidad innata, como en anélidos, los que presentan factores humorales con propiedades proteolíticas, citolíticas y antibacterianas, así como diversos tipos de hemocitos (Engelmann y col. 2011) Para ampliar, puede consultarse la obra de Söderhäll (2011), el que trata sobre el sistema inmune de diversos invertebrados. - 35 -

Aparato cardiovascular. Compuesto por el corazón, la sangre y los vasos que la transportan. Lleva nutrientes orgánicos como aminoácidos, inorgánicos como agua, sales y oxígeno y desechos como dióxido de carbono. El corazón es un órgano muscular que al contraerse impulsa a la sangre por las arterias con gran presión. Estas arterias se van ramificando hasta dividirse en pequeños vasos sanguíneos, los capilares, permeables y del grosor de una célula. Desde aquí se produce el intercambio de sustancias entre la sangre y la matriz extracelular y con las células, lo que permite controlar el ambiente celular y el líquido intercelular al modificar el nivel de permeabilidad de los capilares y la presión sanguínea. Los capilares, a su vez se unen entre ellos formando vasos más grandes, las venas, que por sucesivas uniones entre varias de ellas, terminan formando una gran vena, la vena cava que desemboca en el corazón llevando la sangre sin oxígeno. Esta luego pasa a los pulmones donde se oxigena, desde donde vuelve al corazón para volver a cumplir el recorrido por el cuerpo. Aunque no siempre son visibles, los capilares se encuentran en cada sección del cuerpo. Clásicamente se reconocen dos tipos generales de sistemas circulatorios, abiertos y cerrados. Los primeros son encontrados en numerosos invertebrados, con cavidades corporales donde los líquidos circulatorios fluyen más o menos libremente, y los segundos en los vertebrados, donde la sangre está confinada dentro de vasos sanguíneos y es impulsada por vasos contráctiles. Justamente la ocurrencia de vasos contráctiles o corazones en varios organismos, así como la expresión génica común en el desarrollo del SC llevó a la proposición de que el Urbilateria habría poseído ya un sistema cardiovascular, lo que, sin embargo no es aceptado por todos los autores (Schmidt Rhaesa 2007). Por otra parte, no es tan clara la diferencia entre sistemas abiertos y cerrados. Aunque en los humanos es fácil reconocer el sistema circulatorio, su definición en otros animales no es tan simple debido a que pueden existir corrientes circulatorias en la matriz fibrosa del ambiente extracelular, aun no existiendo un sistema bien delimitado. Además algunos poliquetos que presentan circulación bien definida, no presentan endotelio, sino sólo membrana basal bien desarrollada que limita dichos espacios circulatorios (Reiber y McGaw 2009). En los artrópodos también se encuentra un verdadero sistema circulatorio, formado por una parte vascular y otra lacunar. La primera comprende a un vaso dorsal contráctil y una aorta anterior y otra posterior. Estos animales presentan un hemocele, que es en verdad la cavidad del cuerpo, y un líquido circulante, la hemolinfa, que contiene hemocitos y plasma. La hemolinfa se mueve así desde las arterias hacia los espacios o lagunas, donde sigue un curso que depende de la presencia de diferentes tabiques de tejido conectivo y la conformación anatómica general que definen vías circulatorias bastante bien definidas. El líquido circulatorio vuelve al corazón directamente, ya que no existen venas, aunque puede haber varios órganos pulsátiles accesorios que ayudan a la circulación. Este sistema cubre cuatro - 36 -

funciones básicas, hidráulicas, defensivas, homeostáticas y de transporte (Wirkner y col 2013). Finalmente debe mencionarse la posibilidad de que las células circulantes en vertebrados y varios filos invertebrados sean homólogas, derivadas de una célula ancestral, el hemocitoblasto (Hartenstein 2006). Aparato respiratorio. Sus componentes son los pulmones y diversos tubos que conducen los gases entre aquellos y el exterior. Así el aire ingresa por la nariz, baja por la nasofaringe hasta la laringe, y desde aquí pasa a los bronquios, que se dividen hasta llegar a desembocar en pequeñas bolsas, los alvéolos pulmonares. Estos están formados por paredes muy delgadas, constituidas por epitelio plano simple, que permite el intercambio de gases entre el aire que contienen y la sangre que circula en los capilares subyacentes. Al igual que en el tracto digestivo se encuentran numerosos tejidos en su constitución, entre otros, epitelio, cartílago, tejido conectivo, y músculo liso. La función de respiración, en estos animales, se efectúa mediante cuatro estructuras básicas, cada una de las cuales posee numerosas variantes, no necesariamente homólogas, que son el tegumento, las branquias, los pulmones y las tráqueas. A pesar de la gran diversidad estructural, ecológica y funcional existente, dichos órganos pueden clasificarse en evaginaciones de la pared del cuerpo (branquias, adaptadas a la vida acuática) y en invaginaciones de la misma (pulmones, adaptados a la vida aeroterrestre), siendo que la deshidratación es un problema crucial en este sistema. Por ej., los pulmones humanos poseen una superficie de 140 m2 (equivalente a una cancha de tenis), lo que de presentarse en forma de branquias (evaginaciones) representaría una pérdida de agua de casi 500 litros por día, lo que produciría la muerte en unos tres minutos, más velozmente que la asfixia. Las especies con sistemas más eficientes exhiben grandes superficies de intercambio, redes capilares muy extensas y barreras hísticas entre el aire y la sangre muy delgadas. En el caso que exista asociación entre el sistema circulatorio y respiratorio, se dan tres diseños básicos, de contracorriente, de corrientes perpendiculares, y de inmersión. En el primero (branquias) la sangre circula en un sentido opuesto al del oxígeno. En el segundo, ambas corrientes son perpendiculares unas con otras (parabronquios de aves). Por último, en la inmersión, como en los pulmones de mamíferos, la sangre se pone en contacto con una cavidad llena de aire circulante. Las tráqueas de los insectos, que llevan el oxígeno directamente a los tejidos, son mucho más eficaces que otros diseños para esta función, exhibiendo sus tejidos una presión de Oxígeno muy similar a la atmosférica (Maina 2011).

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Aparato digestivo. Se encarga de captar, procesar, digerir y absorber los nutrientes, dejando escapar los desechos. Es básicamente un tubo revestido por epitelio secretor y absortivo. Posee numerosas glándulas asociadas a él, como el hígado, que liberan sus secreciones en su interior. Tres porciones particulares son el esófago, que conduce el alimento, el estómago, que comienza la digestión proteínica, y el intestino, que sigue con la digestión y es el principal encargado de la absorción. Su estructura básica es la de cuatro capas de tejido, una mucosa, una submucosa, una muscular y una serosa. La primera consiste de una capa epitelial, apoyada sobre tejido conectivo laxo, debajo del cual se halla una delgada lámina de músculo liso. Todo este conjunto se apoya sobre la submucosa, que está constituida por tejido conectivo areolar o denso, según el caso. La capa muscular, en tanto, está conformada por dos capas musculares. Finalmente la serosa es un delgado epitelio apoyado sobre tejido areolar que limita al tubo digestivo. En términos generales, en otros animales, este sistema se encarga de la captación, digestión y absorción de los alimentos y nutrientes, lo que también puede efectuarse por la superficie corporal. Normalmente se presentan como sacos o tubos, que representan la superficie corporal, y poseen esfínteres, músculos circulares, que impiden la libre circulación a lo largo del tracto. Común a todos los animales es la endocitosis, por la cual el epitelio intestinal absorbe los nutrientes. Por otra parte, la aparición de este sistema permitió un aumento en la complejidad de los movimientos y estructuras neurales y sensoriales relacionadas. Sin embargo no hay consenso en cuanto al origen y evolución de este sistema. Esto porque la apertura original del intestino primordial originó la boca en los protostomados, mientras generó el ano en los deuterostomados además de la formación en sí del intestino, lo cual genera desacuerdo en cuanto a las relaciones evolutivas de este sistema entre los diferentes filos (Schmidt Rhaesa 2007). Sistema excretor. Estos órganos se encargan en primer lugar de mantener las cantidades relativas de iones y agua entre las células, el espacio intercelular, la sangre y el exterior en condiciones compatibles para la vida del animal en cuestión, para mantener más o menos constantes los parámetros físicos químicos del plasma, y en segundo lugar, (lo que no implica una función menor), de expulsar los desechos nitrogenados originados del metabolismo proteico, ya que la ingesta de proteínas libera amoniaco al medio, que es sumamente tóxico, y que por lo tanto debe ser evacuado a la brevedad. Sin embargo, dado que es muy soluble en agua, puede ser liberado al exterior utilizando este medio para su expulsión, al menos en los animales donde el agua no es un elemento escaso. En animales de tierra firme, por ejemplo, el amoníaco es transformado en otras formas químicas del nitrógeno, para ahorrar agua. En numerosos animales, por otra parte, este sistema también se relaciona con la liberación de las gametas por lo que comparten ciertas vías de - 38 -

evacuación de sus productos. Dado que el medio iónico entre los ambientes marinos, de aguas dulces y terrestres son muy diferentes y a que la solubilidad de las diferentes especies químicas del nitrógeno son muy distintas se registran numerosos cambios entre los sistemas excretores de los diferentes animales, a pesar de lo que se sostiene, a veces, que su evolución habría partido desde la misma base de origen de los animales bilaterales y que al menos ciertas células como los podocitos, podrían tener un mismo origen evolutivo. En los humanos y otros mamíferos el sistema urinario consta de un par de órganos principales, los riñones, que son los encargados de efectuar las tareas de excreción, y de diversos estructuras secundarias que almacenan o transportan la orina hacia el exterior como los uréteres, la vejiga y la uretra. Sin embargo la unidad de producción de la orina no es el riñón en sí mismo sino la nefrona. Estas están conformadas por un túbulo más o menos largo, diferenciado morfofuncionalmente en diferentes regiones, el cual se vincula a un ovillo de capilares sanguíneos denominado glomérulo. Entre este ovillo y el túbulo se produce la ultrafiltración del plasma sanguíneo, que pasa de esta manera desde la sangre glomerular, hacia la luz del túbulo. Luego las paredes del mismo, así como las células de otros conductos asociados, secretan o absorben en forma selectiva diferentes elementos, al final de lo cual, queda constituía la orina. Debido a la presencia de los glomérulos y los túmulos en diferentes asociaciones pueden distinguirse en el riñón de un mamífero diversas regiones como la corteza y la médula, rayos medulares, etc. La orina así formada pasa a los uréteres, a la vejiga y al uréter, para luego ser evacuada durante la micción.

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Capítulo 4 PLANES CORPORALES DE PROTOSTOMADOS COMPLEJOS

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Planes corporales de anélidos, moluscos y artrópodos Si bien son aproximadamente treinta los planes corporales de los animales protostomados abarcarlos a todos sería impracticable en un trabajo introductorio. Por esta razón serán descritos en forma explícita solo tres, anélidos, moluscos y artrópodos, debido a que estos son los de mayor complejidad, dejando de lado el de los deuterostomados, dado que la introducción anterior fue basada en los mismos.

Anélidos Este filo exhibe un metamerismo pronunciado en la forma de anillos repetidos, los que presentan, en principio, las mismas estructuras a lo largo de todo el cuerpo. También poseen quetas, que son espinas quitinosas que sobresalen del cuerpo y se anclan al substrato; parapodios, apéndices laterales empleados para locomoción o respiración, que normalmente portan las quetas en su superficie, y una epidermis con epitelio simple con una cutícula de colágeno. Sin embargo no siempre están presentes todas estas estructuras en un taxón específico. Presentan un grado de complejidad considerable, ya que exhiben celoma, circulación cerrada y el citado metamerismo, juntamente a una locomoción muy eficaz y un sistema inmune muy efectivo. Todo esto les permitió experimentar una exitosa radiación adaptativa (Vetvicka y Sima 2009) al punto que actualmente el filo contiene unas 17000 especies. Esto es causa también de que la sistemática de las jerarquías superiores haya cambiado profundamente en las últimas décadas, mutando por tanto también la percepción de su evolución morfológica. Como sea, actualmente se acepta que existen dos grupos monofiléticos, los sedentarios y los errantes. Los primeros incluyen a los clitelados (lombrices de tierra) y a los hirudíneos (sanguijuelas) mientras los segundos a la mayoría de los integrantes del antiguo taxón de los poliquetos (Weigert y Bleidorn 2016). El plan corporal básico y la monofilia entre los anélidos, así como los vínculos filogenéticos de mayor jerarquía y parentesco entre ellos con los moluscos y sipuncúlidos, entre otros grupos de lofotrocozoos, son aún discutidos y deben ser dilucidados. Tradicionalmente se consideraban tres tipos entre los anélidos, los poliquetos, oligoquetos e hirudíneos (Fig. 4.1 y 4.2), grupo que como dijo antes, fueron reagrupados, ya que en principio, los dos últimos serían un taxón dentro de los poliquetos, aunque aún no se ha identificado al grupo hermano de estos. Para aclarar estas relaciones se utilizan datos derivados de técnicas moleculares, así como de órganos y tejidos, como es el caso de la estructura muscular, de crucial importancia en este grupo (Purschke y Muller 2006). Este filo es uno de los grupos animales más hiperdiversos y con mayor variedad de planes corporales, con un tamaño que oscila desde las 600 micras a los 6 metros, y con apenas seis segmentos a más de mil. Los adultos así como sus formas larvarias son un componente esencial de la fauna bentónica y planctónica marina. También se los - 42 -

encuentra en la tierra y aguas dulces. Algunos han perdido la segmentación, o al menos gran cantidad de los tabiques que separan los segmentos internamente, mientras otros presentan epitelio, células musculares o incluso ningún recubrimiento en el celoma, en el mismo animal. De aquí lo difícil de establecer la evolución de las cavidades corporales (Purschke y col. 2014). Los poliquetos (que abarcaría a los que actualmente se denominan errantes) poseen parapodios, quetas reunidas en grupos en dichos apéndices y en casi todas las especies el órgano nucal. Los clitelados, en tanto, exhiben el clitelo, una región glandular relacionada a la producción de huevos y una epidermis ciliada. Además los poliquetos presentan una larva trocófora, mientras los segundos un desarrollo directo. Como sea, los clitelados son un taxón derivado, incluido entre los sedentarios, con una clara evolución direccional desde los poliquetos. Así, muchos de los caracteres morfológicos de los poliquetos, pertenecerían al estado basal de los anélidos, habiendo evolucionado los clitelados al invadir ambientes dulceacuícolas y luego terrestres (Kuo 2017). Como son animales vermiformes y de cuerpo blando, su forma corporal es determinada principalmente por la musculatura, la que forma su pared corporal y sirve como medio de locomoción. En sección transversal, en general, un anélido presenta dos capas de músculo. La primera es una capa circular externa, delgada, transversal e ininterrumpida, mientras que la segunda es interna y conformada por haces gruesos y poderosos de dirección longitudinal (Fig. 4.2). Sin embargo dicha conformación típica no es tan universal como suele afirmarse, faltando frecuentemente la capa circular en varios poliquetos. Además de dichos estratos, se hallan músculos dorsoventrales y oblicuos, así como fibras musculares en el mesenterio y los tabiques. Finalmente existen músculos que accionan a las quetas y los parapodios, estos últimos exclusivos de poliquetos (Tzetlin y Filippova 2005) así como músculos asociados al tubo digestivo. Entre los poliquetos el patrón muscular ha sido poco estudiado, aunque fue analizado mediante disecciones, microscopía electrónica e histología convencional. La capa de músculo transversal (con apariencia de conformar una capa incompleta circular) suele ser discontinua presentándose sólo algunas bandas en ciertas regiones, a veces asociadas a los músculos parapodiales, lo que lleva a frecuentes confusiones. También puede presentarse como una banda continua pero no a lo largo de todo el animal, sino sólo en torno al surco intersegmentario (Purschke y Muller 2006). Estos organismos presentan tres regiones, la cefálica, el cuerpo y el pigidio. En su zona cefálica poseen el prostomio y el peristomio, que son consideradas regiones presegmentarias porque se forman antes del crecimiento de los teloblastos (formación que origina los segmentos adultos). Ni el prostomio ni el peristomio portan quetas, como si lo hacen las regiones segmentarias. Aunque para complicar las cosas, algunos segmentos corporales pueden incorporarse en las regiones cefálicas. En el extremo caudal se halla el pigidio, que lleva el ano. Además, - 43 -

normalmente existe una segmentación o anulación exterior conspicua, que se corresponde con una separación similar en el celoma, aunque en algunas formas este puede faltar ya que es invadido por tejido. En la condición ancestral se supone que cada anillo poseía porciones del sistema nervioso, excretor, circulatorio y celómico (Brusca y Brusca 2005). El problema de la evolución de la segmentación, tan evidente en los anélidos, es uno de los ítems más discutidos en la anatomía evolutiva (Urquiza y Carezzano 2013b).

Fig. 4.1. Los anélidos. Origen de las imágenes: Polichaeta, www.nhm.ac.uk; Oligochaeta, www.ars.els-cdn.com; Hirudinoidea, www.wikipedia.org

Los poliquetos son animales principalmente marinos, con numerosas formas dulceacuícolas, pero muy pocos terrestres. Viven en tubos o medran libremente en los fondos (en el primer caso son los sedentarios, y en el segundo los errantes). Su cuerpo posee numerosas estructuras particulares. Así, el prostomio presenta palpos y antenas, el peristomio cirros, excepto en las formas tubícolas, mientras en los segmentos corporales se registran parapodios. Estos apéndices son birrámeos, o sea, con una sección dorsal, el notopodio, y una ventral, el neuropodio, y son estructuras sumamente plásticas que pueden asumir diversas funciones en diferentes animales (como por ej. respiratorias o locomotoras) (Brusca y Brusca 2005). Es un filo que presenta una amplia capacidad de regeneración, y aunque lo más probable es que la condición ancestral haya sido la de reconstitución completa de todo el cuerpo, en los animales actuales la zona corporal posterior presenta dicho potencial mucho más desarrollado que la anterior (Bely 2006). Así, existen casos en que se regeneran la región cefálica o posterior, o ambas, desde pequeñas zonas remanentes. Por otro lado, en ciertas especies este fenómeno se produce a partir de unas pocas células, los neoblastos, los que pueden migrar desde regiones corporales muy distantes (Bely 2014). Además, el que sean pocas las células implicadas en la regeneración, hace más similar este proceso al encontrado en vertebrados que en otros filos, como cnidarios y otros invertebrados, en los que este - 44 -

fenómeno se produce a partir de numerosas células madre distribuidas en todo el cuerpo (Grimaldi y col. 2010).

Fig. 4.3. Anatomía interna de anélidos. A, Oligoquetos; B, Hirudinos; C, Poliquetos. Origen de las imágenes: A, foto, www.studyblue.com, dibujo, Carranza y col. 2007; B, foto, www.jira200.files.wordpress.com, dibujo, www.kullabs.com; C, foto, www.artfakta.artdatabanken.se, dibujo, www.bioscripts.net.

La comprensión profunda de estos aspectos es muy importante para entender los mecanismos moleculares y celulares subyacentes (Grdisa 2010) los que podrían echar luz sobre procesos similares en otros filos, así como en el desarrollo embrionario (Bely 2014) o en la reproducción asexual (Brockes y Kumar 2008). Finalmente, dado que la regeneración no es una capacidad aislada de este filo, sino - 45 -

que se halla muy distribuida entre los metazoos, se la considera como una característica presente en los grupos basales y perdida secundariamente (Brockes y col. 2001).

Moluscos Son animales bilaterales y celomados, principalmente marinos aunque también los hay dulceacuícolas y terrestres. Como se adelantó, tienen tres regiones definidas, el manto, la masa visceral y la región de la cabeza y el pie muscular. La primera cubre a la masa visceral y adquiere una importancia primordial, porque puede generar espículas o conchas mineralizadas como en los caracoles. También encierra entre ella y la masa visceral la cavidad paleal. Esta es una cavidad externa al cuerpo, generada entre la superficie dorsal del mismo y el manto que sobresale de la masa corporal, a la manera de un poncho o sobretodo. La misma es atravesada por corrientes de agua generada por cilios (en casi todos los moluscos) o actividad muscular (cefalópodos) que transporta nutrientes, gases y desechos. En esta cavidad desembocan el ano y los conductos excretores y alberga además a las branquias. La masa visceral es la que contiene al conjunto de órganos internos, reunida con la cabeza, la que no suele ser conspicua en estos animales, a pesar de poseer un notable desarrollo nervioso. Finalmente se halla el pie muscular que permite la locomoción y ha evolucionado en múltiples formas en el filo. El celoma se halla muy reducido y se asocia principalmente a la cavidad pericárdica así como al hemocele. Su sistema circulatorio es, en principio, abierto, aunque en gasterópodos y cefalópodos llega a ser capilarizado y prácticamente cerrado. Presentan un ganglio cerebral dorsal asociado a un anillo nervioso circumesofágico y una cuerda nerviosa ventral doble con un variable grado de fusión de los ganglios que la conforman. Relacionado topográficamente al corazón se encuentran un par de metanefridios que desembocan en la cavidad paleal. Su sistema digestivo es completo y especializado, con una estructura específica del filo, la rádula, que le permite raspar y alimentarse de algas por ejemplo. Sin embargo la dieta, como grupo, es muy diversa. Poseen una pared corporal con una cutícula, una epidermis simple que en la región dorsal segrega la concha y una compleja capa de músculo liso. Una característica sobresaliente se da en los caracoles y babosas (gasterópodos), en los que se produjo una torsión del cuerpo, además de la acontecida en la de la concha, que sufrió una torsión independiente (Brusca y Brusca 2005). Estos organismos datan desde antes del Cámbrico, siendo así uno de los taxones conocidos más antiguos. Son el segundo grupo animal más hiperdiverso y presentan una sorprendente variabilidad morfológica y adaptativa con una amplia variación en su plan corporal. Estas diferencias en todos los patrones de vida se reflejan en que los esquemas de clasificación del grupo han sido muy inestables desde los comienzos de los estudios comparativos (Barker 2001). Este es un - 46 -

fenómeno muy común en la biología, ya que en algunos casos como en los artrópodos se ha producido una verdadera revolución. Según los últimos análisis moleculares, la monofilia de las clases de moluscos es indiscutible, así como su origen Precámbrico. El problema es definir los nexos entre las primeras (Haszprunar y Wanninger 2012). Sólo algunos gasterópodos y bivalvos han colonizado las aguas dulces. Y a la tierra apenas han llegado algunos gasterópodos, en oleadas colonizadoras independientes, cuya sistemática es muy compleja y cambiante (Barker 2001). Existen unas 200.000 especies de moluscos, pero debido a que las estructuras corporales son tan variadas no pueden reconocerse fácilmente los caracteres comunes del filo. Con todo, pueden citarse cinco, las que no siempre pueden hallarse en un animal en particular, dado las pérdidas secundarias producidas. Ellas son 1) simetría radial y bilateral combinada en el mismo animal, 2) exoesqueleto calcáreo secretado desde el dorso, 3) aparato raspador digestivo, la rádula, ubicada en el piso de la boca, 4) un bastón rotatorio ubicado en el tracto digestivo, que libera enzimas digestivas, y 5) la larva velígera (Heller 2015). Los caracteres comunes al filo que se acostumbra citar suelen recordar al plan corporal de un gasterópodo, pero sin embargo no parecen estar de acuerdo con el plan corporal basal de los moluscos, al menos según lo inferido en los últimos estudios. Su tamaño varía desde tan pequeños como 0,4 mm o tan grandes como 17 m (gasterópodos omalogyridos y calamares gigantes, respectivamente) y los hay que pueden “volar” unos pocos metros (el calamar volador japonés) o habitar los abismos marinos. También su ciclo de vida es muy variado, desde pocos meses o un año, hasta 150 años (ciertos bivalvos marinos gigantes). Pueden ser gonocóricos o hermafroditas, y hasta partenogenéticos, pero no se conocen casos de reproducción asexual, lo que podría asociarse a su escasa capacidad de regeneración (Hazprunar y Wanninger 2012). Esta diversidad ilustra, en parte, porque es tan difícil explicar el transcurso evolutivo del filo. Existen siete clases de moluscos (Fig. 4.4), de las que tres son consideradas basales, o muy similares al bauplan original. Estos son los aplacóforos, monoplacóforos y poliplacóforos. Los gasterópodos y cefalópodos, con todo, son más derivados y mucho más complejos. Los últimos pueden conceptualizarse como formados por dos capas o pisos corporales unidos por una cintura. La sección inferior es el pie y la cabeza, y la superior la masa visceral y la concha. Entre ambas se ejecutan las funciones de defensa, locomoción, respiración, nutrición, y reproducción. Estas funciones y los órganos que las efectúan se describirán someramente aquí, profundizándose cada una en los capítulos correspondientes (Heller 2015).

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Fig. 4.4. Los moluscos. Origen de las imágenes: Bivalvia, www.ucmp.berkeley.edu; Monoplacophora, www.daviddarling.info; Gastropoda, www.pixabay.com; Cephalopoda, www.swaggology.weebly.com; Scaphopoda, www.naturamediterraneo.com; Aplacophora, www.ferrebeekeeper.files.wordpress.com; Polyplacophora, www.naturalista.mx.

La función defensiva depende de la concha y el opérculo. La primera está formada por una matriz proteica que orienta y contiene al carbonato cálcico. Además brinda cierta flexibilidad que estos cristales no tienen, por lo que tornarían quebradiza la concha. Bajo esta el animal se retrae al sentirse amenazado, y de esta manera escapa a predadores u otras peligros. La concha crece principalmente por sus márgenes, pero también por su zona interna, lo que le permite aumentar su diámetro y su espesor. La concha del embrión corresponde al ápice de la misma hallada en el adulto (Heller 2015). El cuerpo de todos los moluscos es probablemente no segmentado de forma secundaria. De las clases mencionadas, los gasterópodos son los únicos terrestres, e incluyen a babosas y caracoles, los que presentan las tres zonas principales mencionadas. Una cabeza con “tentáculos” y ojos, una masa visceral torsionada y - 48 -

dorsal, cubierta por el manto, y un pie muscular de gran importancia locomotora, que presenta una variada morfología, y que frecuentemente cubre al cuerpo, por los costados y hacia arriba. Ubicada dorsal y posteriormente en el pie se halla la glándula mucosa que produce la tan característica huella, pero cuya abertura se ubica cercana a la boca (South 1992). La forma de su cuerpo, como la de otros animales tiende a ser esférica. Cuando existe otra forma es gracias a la acción de grupos de fibras orientadas específicamente. La zona del pie es donde es más evidente esto, con músculos orientados en tres dimensiones y anclados a la concha (si existe), mientras en la región de la cabeza se hallan estructuras de tipo más tubular de tejido conectivo y muscular (Edlinger 1991). Los gasterópodos pueden ser acuáticos o terrestres. Los últimos son muy diversos y descienden de animales marinos, y en algunos casos, de organismos dulceacuícolas. Dentro del grupo se hallan los pulmonados y los operculados. Los primeros son los más abundantes y diversos y parecen ser monofiléticos, mientras que los operculados (anteriormente llamados prosobranchia) serían polifiléticos, y parecen haber invadido la tierra en forma repetida e independiente, siendo los más diversos en el Neotrópico. Presentan un par de tentáculos, en la base de los cuales se hallan los ojos. Son siempre dioicos. Su nombre se debe a la presencia de un opérculo, una lámina que aísla al animal del ambiente cuando este se seca. Los pulmonados, en tanto, son hermafroditas, no presentan opérculo y los más comunes generalmente poseen dos pares de tentáculos, con los ojos presentes en el extremo del par posterior. Las babosas, en tanto, evolucionaron independientemente desde los caracoles unas 35 veces, al disminuir e internalizar la concha bajo el manto o perderla completamente. Debido a esta pérdida su pie muscular presenta una cavidad donde se alojan los órganos internos (Pearce y Örstan 2006). Los pulmonados pueden respirar oxígeno atmosférico porque la cavidad del manto (espacio comprendido entre el manto y la pared corporal) se transformó en un pulmón que se comunica al exterior por el pneumostoma. En las babosas este es un tubo ubicado a la derecha del animal, con glándulas mucosas y un anillo de células con propiedades elásticas, y entre algunas familias puede verse la gradación morfológica de la pérdida de la concha a lo largo de varias especies. Al no poseer valva no dependen de la abundancia de calcio en el ambiente, lo que junto a su característico cuerpo deformable y tolerante a la desecación les permite vivir en variados ambientes. El tegumento de estos animales es muy heterogéneo. Cerca del pneumostoma o en ciertas regiones del pie suelen presentarse cilios, aunque en el resto del tegumento, estos son infrecuentes. Dicho tegumento puede ser delicado y delgado o presentar cierto aspecto rugoso por la presencia de pequeños tubérculos. La boca está ubicada debajo de los tentáculos anteriores, y además de presentar varios labios, se hallan ciertos lóbulos orales que podrían corresponder a un tercer par de tentáculos (South 1992). - 49 -

De alguna forma los moluscos retuvieron la esencia vermiforme de Urbilateria. Mientras numerosos animales aumentaron su tamaño por adición de segmentos al cuerpo (artrópodos, anélidos), entre los moluscos dicho crecimiento se dio en el pie muscular, que representa el vientre del ancestro, que incrementó e incorporó masa muscular desplazando a las vísceras dorsalmente, las que formaron una especie de joroba siguiendo un patrón radial. Por encima de estas, el tegumento (manto) desarrolló la capacidad de formar el exoesqueleto gracias a glándulas también dispuestas radialmente, que generan a su vez la concha con esta simetría. De esta manera el pie guarda una simetría bilateral mientras la masa visceral más la concha la presentan radial. Por otro lado el manto secretor sólo formaba la concha, primitivamente, en el dorso. Luego, impulsado por el crecimiento de las vísceras cubrió al animal como un poncho o vestido. Así, también la concha incrementó su complejidad y cobertura, y crece de manera radial. De esta manera, los moluscos más basales presentan espículas calcáreas o varias conchas pequeñas, mientras los bivalvos o gasterópodos dos o una sola, que los cubre en gran parte. Los cefalópodos la perdieron secundariamente. Por otra parte, como el manto sobrepasó en su crecimiento a la masa visceral, se desarrolló un espacio entre ambas estructuras, la cavidad del manto, ya mencionada al principio. Por tanto el cuerpo de estos animales es un compromiso dinámico entre la bilateralidad del pie y la cabeza y la simetría radial del manto, las vísceras y la concha. Así se alcanzó el bauplan de estos animales (Heller 2015). Como sea, en los que perdieron su concha sufrieron un radical reordenamiento estructural, conformando su cuerpo a la manera de animales vermiformes no celomados. La importancia de dicho órgano esquelético, considerado un tejido conectivo especial, se debe a que impide perder energía locomotora en deformación corporal no buscada. En los que la poseen, esta suele abarcar más allá del borde corporal, con lo que puede estabilizar mecánicamente la cavidad paleal y las branquias ubicadas en esta. Además permite que los músculos dorsoventrales se inserten en ella, dirigiéndose al pie, donde forman la parte principal de este. El último consiste, esencialmente, de tejido muscular oblicuo orientado en las tres dimensiones encerrando las cavidades intersticiales. Por fuera, la epidermis y el tejido conectivo subyacente encierra al denso tejido conectivo más profundo y la masa muscular. Todo el conjunto brinda un marco firme que da forma al cuerpo y los órganos internos. Los músculos oblicuos además poseen una inserción cambiante de sus líneas Z que permiten que el mismo pueda deformarse de maneras muy variables, lo que otorga la extrema flexibilidad al pie de estos animales. Esto, a su vez, asegura que el mismo siempre esté adherido al substrato. Sus movimientos son principalmente, pero no únicamente, de tipo peristáltico.

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Fig. 4.5. Anatomía interna de moluscos. A, Bivalvia; B, Cephalopoda; C, Gastropoda. Origen de las imágenes: A, foto, www.vistaalmar.es, dibujo, www.slideplayer.es; B, foto, www.patagonia.net, dibujo, www.weheartit.com; C, foto, www.flickr.com, dibujo, www.emaze.com.

Artrópodos Es el grupo más hiperdiverso de todos los organismos, no sólo actualmente sino desde el Cámbrico, con poco más de 1.200.000 especies existentes actualmente (Fig. 4.6).

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Fig. 4.6: Porcentaje de especies de artrópodos en relación a los otros organismos.

Estos animales y los nemátodos comparten un carácter morfológico como lo es la muda del tegumento (ecdisis) además de diversas coincidencias moleculares por lo que se los ha reunido en el taxón de los Ecdysozoos (en el que revistan también otros filos no abordados aquí). Los artrópodos conforman junto con los Onicóforos y los Tardígrados el taxón Panantrópoda (Fig. 1.3) y si bien siempre se los considero celomados y con segmentación espiral, ambas nociones están siendo discutidas. Presentan una amplia variación en la conformación de sus planes corporales, al igual que ocurre en los moluscos y anélidos. Los artrópodos en sentido estricto incluyen a los quelicerados, miriápodos, crustáceos y hexápodos. A pesar de que este agrupamiento no está en duda, las relaciones entre cada uno de los taxones y su orden de ramificación son objeto de intenso estudio (Fig. 4.7). En este apartado se describirá a un insecto generalizado. Los artrópodos presentan apéndices articulados formados por segmentos separados por membranas y cutícula quitinizada, caracteres ausentes en onicóforos y tardígrados (Giribet y Edgecombe 2013). El cuerpo está rodeado, protegido y sostenido por una cutícula quitinosa y endurecida que hace las veces de exoesqueleto y que es secretada por un epitelio simple. También presentan un endoesqueleto conformado por dos tipos de estructuras, por un lado, invaginaciones del exoesqueleto hacia dentro del hemocele, y por el otro, bandas y placas de tejido conectivo derivado de los tendones musculares (Bitsch y Bitsch 2002). Esta estructura se halla altamente conservada a lo largo de todo el filo, a pesar de su amplia variación macroscópica, ya que sus mecanismos de desarrollo son similares en todos estos animales. La cutícula da forma y estabiliza la estructura corporal y la del tubo digestivo, así como la de los apéndices y tráqueas respiratorias, cuando las hay, y además, impermeabiliza al animal impidiendo su deshidratación. Varía ampliamente en un mismo animal según las necesidades mecánicas y defensivas, pudiendo ser muy delicada como en las orugas, o extremadamente dura como en la región dorsal de la - 52 -

cabeza de los adultos. En los crustáceos puede incluso estar calcificada y por tanto muy endurecida (Moussian, 2013).

Fig. 4.7: Los artrópodos. Origen de las imágenes: Hexapoda, Fernando Carezzano; Crustácea, Myriapoda y Chelicerata www.tolweb.org.

Su conformación modular (por partes similares que se repiten) ya era evidente para Aristóteles, que llamó al phylum Entomo, que significa dividido por dentro. Posteriormente, Linnaeus les aplicó el nombre Insecta con el mismo sentido. Normalmente se atribuye a esta característica el éxito evolutivo del grupo y es muy probable que la segmentación o al menos los mecanismos para el desarrollo de la misma existieran desde antes de la aparición del grupo (Fusco y Minelli 2013).

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Fig. 4.8. Morfología de los artrópodos. A, morfología interna de Chelicerata; B, regiones corporales; C, morfología interna de Hexapoda. Origen de las imágenes: A, www.wikipedia.org; B, www.cienciasdejoseleg.blogspot.com.ar; C, www.slideshare.net.

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El tegumento de los insectos se divide en grandes regiones, los tagmas, y dado que dicha estructura cobertora es inextensible, presentan mudas regulares para poder crecer. Su celoma está muy reducido, pero exhiben una cavidad con líquidos circulatorios, el hemoceloma, que fluye gracias a la acción de un corazón o vaso contráctil dorsal. Este se conecta a un sistema circulatorio abierto, esto es, con vasos que terminan en los tejidos y dejan salir el líquido a los espacios intercelulares. Las larvas, sin embargo presentan un celoma desarrollado sobre el cual actúan sus músculos locomotores. La constitución de los mencionados tagmas varía entre las clases. Por ejemplo en los insectos están formados por la cabeza, el tórax y el abdomen, mientras que en los crustáceos se hallan constituidos por el cefalotórax y el abdomen (Fig. 4.8). A su vez cada una de estas regiones está constituida por varias estructuras menores, los segmentos o somitos. Por su parte, cada uno de estos puede presentar, teóricamente, un par de apéndices articulados, los que varían sensiblemente en cantidad y morfología entre los integrantes del filo. Así, estos apéndices pueden ser locomotores, integrar el aparato masticador, o servir para la respiración, por ejemplo. La locomoción se efectúa por los músculos que se apoyan y actúan sobre el exoesqueleto, al cual transmiten la fuerza por intermedio del citoesqueleto de las células epiteliales, el que hace las veces de los tendones de un mamífero. La respiración en los insectos, algunas arañas y miriápodos se produce gracias a la presencia de las tráqueas (las que no son homólogas entre los mencionados grupos). Como sea, en los insectos son conductos quitinosos que se abren al exterior por los ostiolos, y conducen del medio externo al interior, luego de innumerables ramificaciones que terminan en un extremo ciego al final de una pequeña traquéola, no quitinosa. Los gases se intercambian gracias al movimiento corporal, que también actúa sobre el movimiento de los fluidos circulatorios. La excreción se efectúa mediante los tubos de Malpighi, que desembocan en el tracto digestivo del insecto.

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Capítulo 5 TEJIDO EPITELIAL

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Introducción Es el tejido que recubre al cuerpo, sus cavidades y conductos, así como el que forma las glándulas de secreción interna o externa. En el primer caso la principal función es la protección y absorción selectiva, para lo cual forma cubiertas continuas, ininterrumpidas sobre los otros tejidos. En caso de tratarse de glándulas, el epitelio sufre invaginaciones y las células, hundidas en el tejido conectivo, siempre se hallan separadas del mismo por la membrana basal, siendo su principal función secretar sustancias. En todos los casos, se caracteriza porque sus células se hallan firmemente unidas, no dejan resquicios entre ellas, forman capas continuas, y están polarizadas. Además se diferencia una sección apical que da a la luz del tubo o al exterior corporal, y una basal, que se apoya en la membrana homónima, la que se vincula mecánicamente con el tejido conectivo. Un tipo especial es el tejido epitelioide que, aunque derivado de un epitelio, no presenta superficies libres y generalmente se relaciona ontogénicamente al mesénquima. Un ejemplo es el hallado en el tejido glandular endocrino. El tegumento, los tubos digestivos, respiratorios y urinarios, así como algunas cavidades corporales (celoma) de todos los animales y la región interna de los vasos circulatorios de los vertebrados, están tapizados por epitelio de recubrimiento. Epitelios glandulares endócrinos son los hallados en la tiroides o la adenohipófisis mientras los exocrinos son los de las glándulas sebáceas y salivales.

Tipos y funciones de los epitelios Como ya se adelantó, los epitelios pueden ser de recubrimiento o glandulares. Los primeros se clasifican según si poseen una o más capas celulares, de acuerdo a la forma de la célula de la primera capa y según ciertas especializaciones que puedan presentar. Así pueden ser simples o estratificados según la cantidad de capas celulares o planos, cúbicos o cilíndricos según la forma de la célula (sean simples o estratificados). Otra subdivisión que se suma a la anterior se refiere a la presencia o no de especializaciones en la superficie apical, como cilios, microvellosidades o queratina. Dos formas especiales que escapan a esta clasificación son los pseudoestratificados y los de transición. Los primeros presentan una sola capa de células pero como algunas son más bajas que otras y sus núcleos se disponen a diferente altura aparentan ser estratificados. Los segundos, encontrados en la vejiga urinaria de los mamíferos por ejemplo, están conformados por varias capas, la primera de las cuales puede distenderse al aumentar de volumen el órgano (Fig. 5.1). En general, los epitelios cumplen con cinco funciones, secreción (de moco por ejemplo), absorción (de nutrientes), transporte (de moco a lo largo del tracto respiratorio), protección mecánica (epitelios de los tegumentos, con queratina, moco o quitina) y receptoras (corpúsculos gustativos de la lengua). En numerosos - 58 -

invertebrados el epitelio presenta una cutícula de colágeno o quitina, que reemplaza a la queratina, esta última exclusiva de los vertebrados. Además en la mayoría de los casos el epitelio de recubrimiento de aquellos animales es simple porque habitan en locales húmedos y protegidos de la desecación. Normalmente, en un epitelio particular, se hallan más de un tipo celular principal, si bien la mayoría de la superficie suele ser cubierta por una o dos células, siendo las otras mucho menos frecuentes.

Fig. 5.1: Clasificación de los epitelios. Origen de la imagen: www.accessmedicina.mhmedical.com

Las funciones mencionadas pueden correlacionarse con la morfología celular o hística. Por ejemplo, las células planas se presentan en sitios de intenso transporte transepitelial (alvéolos pulmonares, por ejemplo), mientras las cilíndricas son halladas donde se registra una alta tasa de absorción o secreción (intestino). En estos casos, casi siempre son epitelios simples. Los estratificados se localizan donde se requiere protección mecánica o impermeabilidad (tegumento de vertebrados).

Características de los epitelios Normalmente estos tejidos se identifican morfológicamente por la posesión de uniones celulares de tipo adherentes y estrechas así como por una membrana basal. Probablemente haya sido el primer tejido a originarse en el Urmetazooa, el ancestro putativo de todos los animales. En los Poríferos, los animales más basales actualmente existentes, los epitelios funcionan como tales, esto es, separan - 59 -

diferentes ambientes proveyendo así de una barrera entre el medio externo y el interno. Pero como algunos autores consideran que este tejido surgió primero en los Cnidarios, no suelen otorgarle el estatus de tejido a dichas estructuras. Cualquiera sea el animal donde apareció por primera vez, sería una “innovación evolutiva”, o sea, una estructura completamente nueva y no existente en los ancestros (Leys y Riesgo 2012). En todos los casos, este tejido permite el control del medio interno y la separación de este con el exterior, controlando el transporte transepitelial incluso en los parazoos, uno de los grupos animales actuales más simples conocidos. Su importancia, tanto en vertebrados como en invertebrados, radica en que en que separa los ambientes apical y basal ubicados en su inmediata vecindad y permite, además, regular el paso de solutos y agua a su través tanto durante el desarrollo ontogenético como luego del mismo lo que redunda en diferencias electroquímicas notables entre los mencionados ambientes. Las funciones de transporte son esenciales en este tejido, no sólo para mover moco sobre su superficie, sino para el paso a través del mismo según dos mecanismos, transcelular, mediado por el paso de materiales y ejecutado por las células en sí mismas, y paracelular, el que es efectuado en las uniones celulares ocluyentes entre los espacios intercelulares (Jonusaite y col. 2015).

Los epitelios embrionarios Los epitelios embrionarios presentan dos características, conforman láminas celulares que separan dos ambientes a ambos lados y al ser estructuras estables, si migran, lo hacen como un todo. Además, no necesariamente presentan una matriz extracelular. Por otra parte, el epitelio, que es el primer tejido en aparecer en todos los embriones animales, es el antecesor, ontogenética y evolutivamente hablando, del mesénquima embrionario, y entre ambos conforman la totalidad del organismo en sus primeros estadios de desarrollo. Así, el epitelio se transforma en mesénquima (fenómeno llamado transición epitelio mesenquimal, de fundamental importancia teórica y clínica), una forma de tejido conectivo embrionario, que puede migrar y diferenciarse bajo la influencia de las señales adecuadas en otros tejidos. Una diferencia entre ambos tejidos se refiere a que potencialmente un epitelio en particular es completamente homogéneo, debido a que sus células están estrechamente unidas e interconectadas, mientras el mesénquima no, y por esto es, en principio, más heterogéneo. Menciónese, de paso, que el epitelio interactúa con los tejidos circundantes lo que los puede inducir a cambios ontogenéticos. Por último, y de importancia fundamental a la hora de estudiar la ortogenia, menciónese que los somitos o el mesodermo precordal son considerados como otro tipo de epitelio embrionario que experimenta una transición epitelio mesénquima para luego diferenciarse en diferentes tejidos como hueso, músculo o tejido conectivo propiamente dicho (Pérez‐Pomares y Muñoz‐Chápuli 2002). - 60 -

Polaridad de las células epiteliales Las células epiteliales siempre poseen una polaridad bien marcada. Incluso en el endotelio vascular, que son células planas, hay diferencias esenciales entre la superficie que da a la luz y la que da a la membrana basal. Así, en general, presentan tres regiones bien definidas, apical, que limita con la luz o el exterior, lateral, que liga y vincula a las células entre sí, y basal, que une al epitelio con la membrana basal. El primer dominio se relaciona con las especializaciones apicales, el segundo con las uniones celulares y el tercero nuevamente con dichas uniones, así como también con los pliegues basales. La polaridad permite la creación de ambientes funcionales bien delimitados y separados entre sí, algo muy obvio en el intestino por ejemplo, donde en la luz se hallan los nutrientes mientras en la zona inferior los vasos circulatorios que los acarrean lejos del interior del tracto digestivo. Las tres regiones mencionadas se establecen gracias a la presencia de los complejos de unión, que impiden el libre flujo de las moléculas de membrana entre los tres dominios, permitiendo así su especialización funcional, limitan el paso de sustancias por pasaje paracelular y permiten la unión de señales moleculares específicas en cada sección (Kierszenbaum y Tres 2015) (Fig. 5.2).

Fig. 5.2: Regiones de las células epiteliales. Origen de la imagen: Kierszenbaum y Tres 2015.

Especializaciones apicales y basales La región apical presenta varias especializaciones morfológicas como las microvellosidades, los cilios y los flagelos así como moleculares, entre las que se - 61 -

cuentan canales iónicos y transportadores específicos, que facultan a la célula a incorporar o expulsar moléculas a favor o en contra del gradiente de concentración, según sea el caso. Si bien son comunes ver ejemplos de este tipo entre los vertebrados, también entre los invertebrados existen diversos ejemplos muy interesantes de estas modificaciones. También podrían contarse entre estas adaptaciones las cubiertas celulares apicales, como el glucocálix, la capa de queratina o la de quitina. Microvellosidades (Fig.5.3A). Son prolongaciones digitiformes de la superficie libre, con un ramillete central de actina unida por diversas proteínas asociadas y cubiertos por membrana y su función esencial es el intercambio material, no el movimiento. Pueden variar ampliamente en cantidad, longitud y disposición espacial según el tipo de epitelio. Aunque suelen estar presentes en varios tipos celulares no son visualizadas al microscopio óptico, mientras en otras clases son su principal característica morfológica. Aumentan notablemente la capacidad de absorción por lo que presentan un gran desarrollo en las células con gran actividad transepitelial, como por ejemplo en el intestino o riñón de los vertebrados, donde pueden presentarse hasta 15000 microvellosidades. La maquinaria contráctil tiene por función posibilitar que la región apical se contraiga y así las microvellosidades pueden distanciarse o acercarse entre sí. La encargada de la digestión antes de la absorción final (en el caso del intestino) no es la microvellosidad en sí misma, sino las enzimas asociadas a ella, las que son del tipo de las proteasas, lipasas y oligosacaridasas. Por otro lado, el microambiente de la región es muy diferente funcionalmente, a pesar de que pueda parecer homogéneo en un preparado, porque en el ápice de las microvellosidades se produce la brotación de vesículas de hasta 100 nm de diámetro, las que contienen una serie de enzimas digestivas que de esta manera llevan la digestión desde el ápice de la membrana hacia el lúmen periapical. Es muy probable que su mayor tasa de formación se de en el ápice de las vellosidades, donde los enterocitos son más maduros, si bien las vesículas pueden migrar hacia zonas de menor tasa de formación, pero donde también se efectúa la digestión, como en la zona más profunda situada entre las vellosidades. Por otro lado, es muy probable que cambien la estructura y composición de las membranas desde la base de la microvellosidad del enterocito hasta el ápice, lo que podría ser la razón por lo que la endocitosis sólo se produce en la base de estas estructuras (Hooton y col. 2015). Estereocilios (Fig.5.3B). Estas prolongaciones son usualmente muy largas, ramificadas y escasas, y a pesar de su nombre no son cilios sino microvellosidades de gran longitud aunque, además de su tamaño, difieren de estas por su composición molecular. En los vertebrados se hallan en el epidídimo y en el oído - 62 -

interno. En este último se encargan de la mecanorrecepción ya que son capaces de captar los estímulos mecánicos y transformarlos en impulsos nerviosos. Llamativamente, los estereocilios del oído interno de los vertebrados presentan parte de la maquinaria molecular necesaria para su desarrollo compartida con aquella presente en Drosophila, y empleada para la emergencia de las extensiones apicales de la epidermis (Chanut-Delalande y col. 2012). Cilios (Fig.5.3C). Son organelos intervinientes en la función locomotora, principalmente. En los animales normalmente impulsan corrientes de agua, moco, nutrientes o excretas ayudando a las tareas de nutrición. También pueden motorizarlos a través de los medios acuosos, como ocurre en los protistas o algunos animales de pequeño tamaño, como ciertos gasterópodos, aunque en los animales de mayor volumen corporal, como en humanos, sirven en las tareas de nutrición. En todos los casos, los cilios son evaginaciones de la membrana celular con un núcleo de microtúbulos que al deslizarse producen el movimiento (en los cilios móviles). La estructura de todas estas organelas y la de los flagelos (otra organela móvil) son similares, siendo su principal diferencia que los primeros son mucho más cortos y abundantes mientras los segundos casi nunca superan el par y son mucho más largos. La estructura básica de los cilios consiste de un axonema y un cuerpo basal. El primero es un conjunto asociado y bien organizado de microtúbulos que conforma a la región central de la organela, mientras el segundo es un centriolo modificado que se encarga de anclar el cilio al citoplasma. Además, en el extremo apical se halla al centro organizador de microtúbulos, que regula la formación y funcionamiento de la organela. Todo esto conforma al aparato ciliar, que según las diferencias estructurales y funcionales encontradas permite agruparlos en tres tipos, los cilios móviles, primarios y nodales. Los primeros alcanzan hasta unas 10 micras de altura y un diámetro de 0,25 micras. En algunos tejidos como en el riñón o el intestino), los cuerpos basales se tiñen intensamente, y al microscopio óptico se los observa como una banda oscura continua en el ápice celular. Estos cilios móviles son los más conocidos y frecuentes, compartiendo con los flagelos la misma estructura de su axonema, la que es una estructura elongada que se extiende desde el ápice del cilio hasta el cuerpo basal y consiste esencialmente de una serie de proteínas asociadas que forman una especie de tubo, formado a su vez por cilindros de menor calibre asociados entre sí, los microtúbulos, compuestos principalmente por la proteína tubulina.

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Fig. 5.3: Especializaciones apicales. Origen de las imágenes: esquemas, Kierszenbaum y Tres 2015; fotografías, Geneser 2000.

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El origen de cilios y flagelos ha sido discutió a la luz de dos teorías diferentes. Una se basa en una hipótesis endosimbiótica con espiroquetas, organismos que habrían brindado su sistema móvil, y la otra, que es la que ha ganado mayor sustento y es la más aceptada actualmente, afirma que se habrían originado desde un aparato de transporte intracelular basado en microtúbulos y ligado a la membrana. Por otro lado, es probable que la actual estructura de 9 dobletes periféricos más un doblete central ya estuviera presente en los eucariotas basales. Posiblemente les serviría para mover el moco o el flujo superficial (Mitchell 2007) o para producir un movimiento del organismo como un todo, similar al deslizamiento casi ameboide observado en ciertos protistas. En tanto, la evolución de los cilios primarios o sensoriales posiblemente partió desde el tráfico molecular polarizado intraflagelar y requirió la especialización de ciertas regiones de membrana con receptores y moléculas señal. De todas maneras no está claro si primero se originaron los centriolos o el axonema, pero existe acuerdo que la estructura común a todos los organismos basadas en la arquitectura básica de los microtúbulos asociados de a dos o a tres ya existía en el último ancestro eucariota común (LUCA) (Carvalho-Santos y col. 2011). Mitchell (2016), en una reciente revisión propone, en vista que las diferencias en los cilios de los eucariotas son muy sutiles, que estas estructuras halladas en LUCA, debieron ser muy similares a las presentes en los eucariotas actuales, y por tanto, complejas, y que divergieron en un período de hace unos mil millones de años, ubicado entre la emergencia de los eucariotas desde un organismo del tipo Arquea, y la diversificación de las principales líneas evolutivas de eucariotas. Pliegues laterales y basales. Otras especializaciones de las membranas de las células epiteliales son los pliegues laterales y los basales. Los primeros se presentan como interdigitaciones entre células vecinas y se hallan en los tejidos comprometidos con el intercambio de fluidos y electrólitos, como en el intestino. En estos pliegues las bombas de Na y K expulsan estos cationes al espacio intercelular entre ambas células, a los que siguen los aniones y luego el agua. Todo esto crea una alta presión en este espacio, que como es muy estrecho y se encuentra sellado por arriba termina enviando ese fluido al conectivo subyacente. Al producirse la depleción de electrólitos intracelulares, la superficie apical los absorbe desde la luz del órgano, y de esta manera se produce una continua entrada de fluidos. Los pliegues basales cumplen funciones similares y se hallan en los ductos salivares y en los túbulos del riñón. Entre cada pliegue se hallan mitocondrias dispuestas en forma longitudinal, presentes para brindar la energía tan necesaria en esta tarea. Todo el conjunto suele reflejarse en cierta morfología particular al observar al microscopio óptico, los ductos estriados de las glándulas salivales. Estos pliegues

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pueden verse también en el tegumento de los insectos, el que presenta interesantes especializaciones morfológicas relacionadas con la membrana basal (Locke 1984).

Uniones celulares Las uniones celulares consisten de un arreglo específico de proteínas especiales y particulares que vinculan mecánica y funcionalmente a las células entre sí y con la MB. De esta manera no solo las unen, sino que también permiten su comunicación y el paso de sustancias y señales (Plopper 2013). Según su función pueden clasificarse en barreras de permeabilidad como las uniones estrechas y las uniones septadas, uniones de anclaje, como los desmosomas, hemidesmosomas y uniones adherentes, y uniones de comunicación, como las sinapsis químicas de las neuronas o las uniones en nexo, también halladas en neuronas o en el miocardio (Banerjee y col. 2006). En los epitelios las células se hallan fuertemente unidas entre sí y con la membrana basal, lo que posibilita la separación de los ambientes externo e interno. Para esto la zona lateral de cada célula posee moléculas específicas de adherencia celular (CAM). En los epitelios (y otros tejidos) siempre existen numerosos tipos de uniones, así, en ciertos puntos se presentan varias clases de uniones celulares formando los llamados complejos de unión, que por teñirse fuertemente se visualizan como regiones muy obscuras al microscopio óptico, las barras terminales. En el caso de los vertebrados se observan en esta región uniones ocluyentes o estrechas, adherentes y comunicantes, mientras en los invertebrados no se encuentran uniones estrechas, sino septadas. Sin embargo, un tipo de estas también son halladas en los vertebrados, aunque sólo en el tejido nervioso, y guardan una gran similitud genética y molecular con las estudiadas en Drosophyla (Banerjee y col. 2006). Uniones ocluyentes (Fig. 5.4A y B). Estas estructuras están formadas principalmente por tres proteínas, las claudinas, las ocludinas y las proteínas adhesivas de la unión (JAM). Tienen una importancia funcional fundamental ya que impiden la libre difusión de moléculas en la membrana celular, y de esta forma mantienen la diferenciación entre las regiones apical y basal. También porque limitan normalmente el transporte entre la zona luminal y la zona intercelular que representa el medio interno del tejido conectivo. Este fenómeno ocurre gracias a que los epitelios son hasta cierto punto impermeables y solo permiten el paso de sustancias mediante al transporte paracelular y transcelular. El primero ocurre a través de la región que separa a ambas células donde se hallan los complejos de unión que expresan moléculas específicas para esta función y que forman canales de difusión con ciertos tipos específicos de claudinas. El transporte transcelular, en cambio, es independiente de los complejos de unión y se efectúa cuando las sustancias atraviesan la región apical y basal de las células, normalmente gracias al transporte activo. La importancia de estas estructuras se ilustra bien comentando el caso de la - 66 -

alergia al polvo, ya que, en ocasiones, al inhalar este último junto a las deyecciones del ácaro Dermatophagoides sp. ciertas proteínas presentes en dichas excretas desintegran las uniones estrechas, permitiendo que los alérgenos contacten con el interior de las vías respiratorias, y de esta manera se producen serios eventos de asma (Ross y Pawlina 2016). Como sea, esta función de aislamiento u oclusión entre el medio ambiente externo a la célula y su región basal se efectúa de diferente manera en vertebrados e invertebrados, ya que en los primeros es llevada cabo por las uniones ocluyentes o estrechas, que constituyen una especie de cinturón en la región subapical, en tanto que en los invertebrados es ejecutada por las uniones septadas (Fig. 5.4C), situadas en la región apical. Con todo, existen uniones ocluyentes, aunque infrecuentes, entre los invertebrados. Las uniones septadas, por otra parte, son muy variadas y diversas, pudiendo existir más de un tipo en el mismo animal, y algunas son similares a las típicas uniones estrechas de los cordados (Jonusaite y col. 2015). Uniones adherentes (Fig. 5.4A y B). Tienen por fin vincular a través de sus citoesqueletos firmemente a las células entre sí o con la membrana basal, y existen dos tipos para cada una de dichas funciones. Entre las primeras se cuentan la zonula adherens y la macula adherens, mientras entre las segundas se tiene a la unión focal y al hemidesmosoma. En todos los casos intervienen las moléculas de adhesión celular (CAM) que son bastante diversas y de adhesividad muy específica pero que presentan, individualmente, una atracción débil, lo que permite que las células puedan exhibir un gran dinamismo en sus interacciones intercelulares. Entre estas se cuentan la adhesión celular, la migración y la proliferación, procesos clave en la conformación del cuerpo de un animal. Así, cada tejido expresa una CAM particular. Este tipo de uniones brindan, principalmente, fortaleza a los tejidos, mientras las oclusivas otorgan impermeabilidad al paso de sustancias. En el tejido muscular cardíaco constituyen una región más que una banda, mientras que en ciertos puntos del epitelio conforman solo uniones focales, de ahí el nombre uniones focales o desmosomas en mancha (Ross y Pawlina 2016). El conjunto de proteínas asociadas a esta unión se denomina cadhesoma (en referencia al conjunto de genes implicados en la codificación de las caderinas) y se estima que un 70 % del mismo ya estaba presente antes del surgimiento de la multicelularidad animal. La novedad en los metazoos es que las mismas desarrollaron una interacción mucho mayor con el interior celular, a través de las colas citoplasmáticas de las caderinas. Se estima en unas 400 proteínas de hasta 20 grupos funcionales diferentes el conjunto relacionado a este tipo de unión celular, como por ejemplo aquellas vinculadas a la regulación del citoesqueleto, y es probable que la multiplicidad de funciones de las uniones adherentes haya evolucionado desde tres módulos funcionales independientes, esto es, módulo de transmisión de fuerza; de regulación de la actina; y el de generación de fuerza, todo lo cual se habría originado a partir de - 67 -

proteínas y elementos utilizados en otras funciones celulares (Padmanabhan y col. 2015)

Fig. 5.4: Uniones celulares. Origen de las imágenes: A y B, Kierszenbaum y Tres 2015; C, Jonusaite y col. 2015.

Uniones en nexo (Fig. 5.4A y B). También llamadas uniones comunicantes son un conjunto de poros que se forman gracias a la interacción de diversas proteínas que unen células contiguas, y permiten el paso de sustancias como diversos metabolitos, a la vez que posibilitan la comunicación entre células del tejido cardíaco, nervioso o muscular liso, por ejemplo. De lo expuesto, se puede entender fácilmente la importancia de los epitelios, ya que los complejos de unión permiten el establecimiento de la polaridad epitelial porque impiden la libre migración entre la región apical y basal. Así, la membrana lateral presenta un dominio apical y otro basal, estando el primero en contacto con el medio externo (o la luz de un tubo o el celoma) mientras el segundo se halla en - 68 -

contacto con el medio interno, vinculado a la mesoglea o al tejido conectivo. Finalmente, menciónese que no se observan barras terminales en los invertebrados, así como tampoco macula adherens (Tyler 2003). Probablemente los pasos implicados en la conformación de los epitelios son comunes a todos los animales, e incluso podrían hallarse en las esponjas. Además, las blástulas, el estado embrionario común a todos los animales, exhiben células de tipo epitelial, siendo que la transición a células mesenquimáticas es posterior e implica la capacidad de pasar a través de la membrana basal. Entre los primeros estadios se hallarían la polarización celular, así como la expresión de ciertas proteínas, como las integrinas, que las vinculan a la membrana basal y que podrían estar ligadas a la aparición de la pluricelularidad. Otro punto esencial sería la constitución de las zonula adherens o desmosomas en cinturón cuya función sería no sólo brindar estabilidad mecánica sino también permitir la consecución de la polaridad celular ya mencionada, al separar ambos dominios laterales (Tyler 2003).

La matriz extracelular y la membrana basal La matriz extracelular es un conjunto de diversas moléculas que contribuye al mantenimiento del organismo pluricelular. Consiste de líquidos y moléculas orgánicas como proteínas y glúcidos, así como de minerales, llamándose matrisoma al conjunto de proteínas implicadas en esta estructura, que en humanos y ratas consiste de unas 250 glucoproteínas y unos 40 proteoglucanos. Muchas de dichas moléculas forman hojas, fibras y capas de material dispuesto en una forma organizada según las necesidades del tejido en particular (piénsese en la sangre y el hueso, con matriz extracelular líquida y sólida, respectivamente). Es el medio donde las células se anclan y además se vinculan mecánica y químicamente entre sí, lo que se logra gracias a la acción de diversas moléculas señal, y actúa como el sustrato por donde las células podrán migrar durante los movimientos morfogenéticos, por ejemplo (Plopper 2013). La membrana basal fue descrita por Bowman en 1840 y es una región especializada de la matriz extracelular. Es una estructura amorfa que se observa como una lámina o membrana a manera de pared limitante, de espesor variable pero generalmente muy delgada, y que se dispone en la base de todos los epitelios y alrededor de algunas células de otros tejidos. Así, es posible encontrarla también envolviendo a las neuronas, a las células musculares y a los adipocitos donde es llamada lámina externa (Yurchenko 2011). Suele utilizarse como sinónimo de membrana basal el de lámina basal y si bien ocasionalmente pueden trazarse diferencias entre ambas, en este texto se utilizará solo membrana basal. Esta estructura no es fácilmente observable aunque es visible en algunos sitios sin tinción especial (en la tráquea, por ejemplo), y gracias a que incorpora elementos ajenos como las fibras de colágeno del tejido conectivo subyacente. Una de las tinciones de - 69 -

elección para su demostración es el PAS (ácido periódico de Schiff). Con todo, no se halla presente en la mayoría de las células del tejido conjuntivo toda vez que estas no se vinculan físicamente a la matriz extracelular y a que deben migrar a través del medio interno. Hasta hace unos años se creía a la membrana basal formada por una lámina basal y una lúcida. Actualmente se la considera compuesta por una sola capa de diversas moléculas que forman sólo una única estructura, la lámina o membrana basal siendo la lúcida un artefacto de técnica. Están constituidas por unas 50 moléculas agrupadas en cuatro tipos principales como lamininas, colágeno, glucoproteínas y proteoglucanos (Ross y Pawlina 2016). Con todo, la membrana basal posee dos zonas diferenciables al microscopio electrónico. La capa más cercana al epitelio es la lámina basal, mientras la colindante al conectivo se denomina lámina reticular, estando la primera compuesta por lamininas, colágeno de tipo IV, entactinas y proteoglucano, mientras la región reticular se halla constituida por colágeno de tipo III (Kierszenbaum y Tres 2015). Cada tipo celular o tejido a su vez expresa diferentes formas moleculares adaptadas al tejido en cuestión. De los cuatro tipos moleculares, el colágeno, específicamente del tipo IV, es el más abundante y determinante de la estructura de la membrana basal, porque brinda una especie de andamiaje sobre el que las otras moléculas se anclan o vinculan. Las lamininas también son muy frecuentes y consisten de tres polipéptidos que presentan receptores para las integrinas, proteínas de la membrana celular, sirviendo así como punto de anclaje del epitelio. Tanto el colágeno como la lamininas son sintetizadas por el epitelio circundante (Kierszenbaum y Tres 2015). Las lamininas afectan el comportamiento celular, dado que actúan en la interacción célula matriz extracelular, y junto al colágeno comienzan el ensamblado de la membrana basal, ya que son capaces de autoagregación, algo que no pueden efectuar otras moléculas. Finalmente, los proteoglucanos dan cuenta del mayor volumen de la MB, y consisten de una proteína central que liga diversas moléculas como condroitin sulfato, dermatán sulfato o heparán sulfato, sustancias capaces de ligar, a su vez, grandes cantidades de agua, que forma parte del importante volumen que ocupa esta molécula. La membrana basal cumple su rol de fijación de los tejidos, porque se une a las células vecinas gracias a las lamininas y las integrinas, y al tejido conectivo por medio de la fibrilina, fibras de anclaje y evaginaciones emanadas de la propia membrana basal. La fibrilina, que exhibe características elásticas, se une a las fibras elásticas del conectivo, que son exclusivas de los vertebrados. Las fibras de anclaje, por su parte, están formadas por colágeno fibrilar que se vincula a las fibras reticulares o a las placas de anclaje situadas en el tejido conectivo, o que incluso, luego de formar un bucle, se insertan nuevamente en la membrana basal. Finalmente, las proyecciones de esta última se unen a las fibras de colágeno de tipo III de la lámina reticular subyacente (Ross y Pawlina 2016). - 70 -

Todas estas moléculas difieren de un tejido u órgano a otro permitiendo la consecución de una serie de funciones como el ya citado anclaje del epitelio, pero también la compartimentalización funcional y morfológica, molde o andamiaje y regulación y señalización. La segunda función es alcanzada porque, excepto el tejido conectivo en sí mismo, todas las células están rodeadas de esta estructura que las aísla del medio circundante conformando así dos compartimientos diferenciados. El andamiaje o molde se produce porque la ya mencionada membrana guía la regeneración celular, por ejemplo cuando un axón debe crecer luego de seccionado y también porque impide la libre migración de las células cancerosas para establecer metástasis. Finalmente actúan regulando el comportamiento celular porque en ella residen señales moleculares que interactúan con receptores membranosos de las células contiguas (Yurchenco 2011).

Origen y evolución de los epitelios La aparición de este tejido permitió la compartimentalización del animal, y una posible secuencia de su evolución podría verse en su diferenciación en la formación de los órganos de los metazoos más basales. Es el primer tejido a diferenciarse en la ontogenia y el tejido que por defecto se origina primero y que en todos los animales parece formarse según los mismos genes, incluso en organismos muy filogenéticamente alejados entre sí y derivados como drosófilas, nemátodes o ratones. Por ejemplo, los cnidarios son animales muy simples revestidos enteramente por epitelios en su cavidad interna y externa, lo que posibilitó la formación de una cavidad digestiva, facilitando la ingesta de presas más grandes. Sin embargo, apenas presentan células de tipo mesenquimáticas de tipo ameboide, las que se hallan dispersas en una región gelatinosa, la mesoglea, interpuesta entre ambas capas epiteliales y que sería equivalente a la matriz extracelular epitelial. La mencionada compartimentalización también es evidente en la constitución del celoma en los animales triploblásticos. Este se forma cuando el epitelio mesodérmico forma una cavidad a la que reviste, sirviendo esta como esqueleto hidrostático y el epitelio celómico como fuente de células musculares para la pared corporal y del tubo digestivo y mesenquimáticas que originarán, a su vez, otros órganos. Por estas razones se considera al epitelio como el elemento constructivo primordial, del cual deriva el mesénquima, y luego, los demás tejidos (Tyler 2003). El crecimiento y desarrollo se basan en dos mecanismos morfogenéticos diferentes asociados al epitelio y al mesodermo. El primero, como el encontrado en el endodermo, solo crece en forma fractal, por segmentación y ramificación sucesivas originando así tubos o sacos interconectados. Un crecimiento con esta única estrategia podría estar vinculado al bauplan de los cnidarios, sin gran complejidad. El mesodermo, en tanto, también puede crecer de dicha forma, y también por sucesivos eventos de transición epitelio mesénquima, por el cual el epitelio pierde - 71 -

las características de tal, y sus elementos se convierten en células migratorias, aumentando de esta manera el volumen del animal y potenciando el número de estructuras internas posibles. Estos mismos procesos de diferenciación celular, dado que se vinculan a la transformación de células normales en cancerosas, que pierden el anclaje a la membrana basal y adquieren capacidad de migración, estarían relacionados también, en forma exclusiva, al origen del cáncer, que sería privativo de los metazoos, ya que los vegetales no exhiben dichos fenómenos de diferenciación celular y además no presentan tumores del tipo canceroso como los hallados en los animales (Pérez Pomares y López Chápuli 2002). Como fuera dicho, el epitelio seria así, una innovación evolutiva (Leys y Riesgo 2012) y un carácter exclusivo de los epiteliozoa, o sea los metazoos excepto las esponjas, si bien existe la probabilidad de que tales animales también lo presenten. Además de las típicas funciones de protección e intercambio los epitelios adquieren funciones relacionadas al sostén y locomoción como en artrópodos y moluscos, ya que secretan la cutícula o la concha, respectivamente, y en los primeros sirven como anclaje de los músculos. Por esto se describirán las células epiteliales principales de cada tegumento, que son además las más fáciles de observar, excepto en artrópodos, debido a que es muy complicado realizar cortes histológicos.

Tipos celulares de epitelios animales Se analizarán, a modo de ejemplo, los principales tipos celulares del tegumento de anélidos, y del intestino y tegumento de vertebrados, que presentan células cilíndricas en los dos primeros ejemplos, y planas dispuestas en estratos en los últimos. Además, dichas células exhiben numerosas estructuras como quetas, cilios o queratina a la par que representan adaptaciones específicas para la protección mecánica y química, así como para la absorción y transporte.

Epitelio tegumentario de Anélidos (Fig. 5.5) Las lombrices (oligoquetos) poseen una pared corporal muscular cubierta de un epitelio cilíndrico alto (entre 50 a 70 micras) pseudoestratificado con cuatro tipos celulares, cuya proporción varía notablemente según la región corporal. Así, existen las mencionadas células altas cilíndricas, grandes células mucosas, células sensoriales ciliadas y pequeñas células basales cuyo ápice no llega a la zona apical, que es lo que lo convierte en un epitelio pseudoestratificado. Este tejido secreta una cutícula de colágeno, la que se halla conformada por varias capas, cada una de las cuales se dispone en forma perpendicular a las láminas contiguas halladas por encima y por debajo (Knapp y Mill 1971). En la superficie se hallan quetas quitinosas producidas por células especializadas que presentan, incluso, un par de músculos asociados. Como casi cualquier epitelio, se hallan uniones celulares de tipo - 72 -

adherentes y también septadas, ya que se trata de invertebrados. Las células cilíndricas son las únicas no especializadas del tegumento, si bien exhiben microvellosidades y cilios que atraviesan la cutícula, a la par que pueden presentar, ocasionalmente, gránulos de pigmento y vesículas de secreción ubicadas en la zona apical. Son células con una morfología típica de aquellas muy activas, poseyendo un núcleo grande con uno o dos nucléolos. En algunas formas, incluso, pueden existir miofilamentos y frecuentemente los tonofilamentos atraviesan toda la altura de la célula. En la zona del clitelo, un área glandular implicada en la reproducción, el epitelio llega a triplicar su altura dado que produce abundante moco y auxilia en las tareas reproductivas (Welsch y col. 1984).

Fig. 5.5: Tegumento de anélido. Origen de las imágenes: A, Carranza y col. 2007; B, Krumm y col. 2005.

Estas células secretan el colágeno cuticular y el hallado en el dominio basal, los que probablemente sean de diferente tipo, adaptándose a distintas funciones. Incluso en algunos animales existen bacterias simbiontes, las que residen en el espacio entre la membrana apical y la cutícula. Este epitelio puede tener también funciones absortivas y hasta intervenir en la emisión de luz. También, en el dominio basal, interactuar con lagunas sanguíneas en las que se efectúa el intercambio gaseoso. En numerosos poliquetos tubícolas el epitelio puede presentar áreas ciliadas muy bien definidas que permiten crear corrientes de agua las que permiten - 73 -

la alimentación, respiración y expulsión de excretas (Welsch y col. 1984). Las otras células del epitelio serán analizadas en la sección correspondiente al tegumento.

Epitelio intestinal de Vertebrado (Fig. 5.6) La pared del tracto digestivo en general y en particular del intestino presenta cuatro capas, que desde la luz del órgano hacia su periferia son, la mucosa, la submucosa, la muscular y la serosa, cada una de las cuales puede tener, a su vez mas de un tipo de tejido constituyente, conformando asimismo, diferentes capas. En el intestino delgado humano existen cuatro estructuras destinadas a aumentar la superficie de intercambio y que torna muy compleja la observación al microscopio. Las válvulas de Kerkring o plicas circulares, las vellosidades, las glándulas intestinales o criptas de Lieberkühn y las microvellosidades. Estas últimas son visibles solo con gran detalle con un microscopio electrónico. Como se adelantó, su conjunto puede verse como borde en cepillo. Como sea, el epitelio, que es el tejido que interesa aquí, recubre las vellosidades estando limitado por debajo por la membrana basal que lo separa de la lámina propia, como es conocida la región específica de tejido conectivo subyacente (Kierszenbaum y Tres 2015). Este epitelio reviste el lúmen del intestino delgado y grueso, el primero de los cuales, en humanos presenta al menos 5 tipos celulares diferenciados: enterocitos o células cilíndricas de absorción, células caliciformes (secretan moco protector), células enteroendocrinas (se encargan de la regulación hormonal local), células de Paneth (implicadas en la respuesta inmune) y células M (cubren los nódulos linfáticos) (Ross y Pawlina 2016). Los enterocitos presentan hasta 3000 microvellosidades cada una de las cuales llega a medir hasta 1 micra aumentando la superficie de intercambio en hasta 30 veces, (Kierszenbaum y Tres 2015). Estas células han servido como modelo de estudio del citoesqueleto, el que en general posee una estructura y dinámica muy similar en todo el tracto digestivo. Su aspecto alto y cilíndrico se debe a la acción de los filamentos de actina, los que de no existir resultaría en una forma esférica celular, que es termodinámicamente la más estable. Los tonofilamentos, por su parte, funcionan a manera de andamios atravesando toda la célula y conectando a los desmosomas entre sí, otorgándole a la célula resistencia mecánica al flujo de líquidos turbulentos propios del ambiente intestinal. Asimismo los microtúbulos también exhiben una marcada polaridad apical basal, siendo responsables de la transcitosis o transporte transcelular, por el cual los materiales son intercambiados a ambos lados del enterocito (Turner y Madara 2009).

Epitelio plano estratificado queratinizado de Mamíferos (Fig. 5.7) En este apartado se analizará el epitelio del tegumento de los mamíferos, plano estratificado y queratinizado, ya que presenta interesantes adaptaciones - 74 -

morfofuncionales que permiten extrapolar sus características a otros como ser, el hallado en el tegumento de anfibios.

Fig. 5.6: Epitelio intestinal de mamífero. Origen de las imágenes: Cripta de Lieberkühn, enterocito, caliciforme, Paneth y enteroendocrina, www.mmbr.asm.org; célula M, Ross y Pawlina 2016.

La piel humana consta de tres capas, la epidermis, la única epitelial, y la dermis y la hipodermis, ambas conformadas esencialmente por tejido conectivo. Dicho epitelio es del tipo estratificado plano queratinizado, y su célula más abundante es el queratinocito, que se origina en forma continua en el estrato germinativo en su base, y luego de sufrir diversas transformaciones, muere y se descama en la superficie de la piel. Donde se requiere mayor mecánica este epitelio puede tener hasta un mm de espesor, y normalmente consiste de cuatro capas celulares, el estrato basal o germinativo, el espinoso, el granuloso y el córneo. Cada una de estas capas corresponde a diferentes y sucesivos estadios de diferenciación celular (Weller y col. 2008). En la piel gruesa puede existir una capa extra entre las dos últimas, el estrato lúcido. Además de las células epiteliales, existen cuatro tipos celulares en la epidermis, las células de Langerhans, con funciones inmunitarias, las de Merkel, que son receptores sensoriales y los melanocitos, que producen melanina (Kierszenbaum y Tres 2015). - 75 -

La capa basal del epitelio está constituida por células madre, más o menos columnares bajas o cúbicas. Dado que son relativamente pequeñas sus núcleos están muy cercanos y dan una imagen muy basófila, a la par que también poseen corpúsculos de melanina transferidos desde los melanocitos (Ross y Pawlina 2016).

Fig. 5.7: Epitelio tegumentario de mamífero. Origen de las imágenes: estratos, www.researchgate.net; melanocito, www.kaskushootthreads.blogspot.com.ar

Debido a que originan a todas las células de las capas superiores se multiplican activamente, por lo que hasta un 30 % se encuentran en alguna fase de división mitótica. Se anclan firmemente a la membrana basal gracias a los hemidesmosomas a la par que entre ellas por la acción de desmosomas. Estas células originan a los queratinocitos, que conforman varias capas en el estrato espinoso. Son de mayor tamaño y ya no pueden dividirse, adquiriendo en cambio la capacidad de sintetizar proteínas en forma abundante. Debido a que se contraen en el procesamiento histológico, quedando unidos por sus desmosomas, semejan tener espinas en sus bordes, de ahí el nombre. Sin embargo también existen uniones en - 76 -

nexo entre ellos. Luego sigue la tercera capa, la granulosa. Esta sección consta de dos o tres estratos formados por células algo más planas que las anteriores y de núcleo ovalado. Los gránulos son de la proteína queratohialina, precursora de la flagrina, proteína que luego hará las veces de cemento entre los filamentos de queratina. Finalmente la cuarta y última capa, (el estrato lúcido se considera un subtipo del córneo), está formada por células muertas cuyo contenido de tonofibrillas le otorga una marcada resistencia mecánica y química. Debe destacarse que las células no pierden sus membranas y mantienen su individualidad (Weller y col. 2008).

Tejido glandular (Fig. 5.8) Este tejido se especializa en producir sustancias de secreción y pueden ser agregados multicelulares (como las glándulas salivales) o glándulas unicelulares (como las células caliciformes del intestino o del epitelio de las lombrices), aunque es más frecuente llamar glándula a los agregados multicelulares. Pueden tener cualquier origen embrionario mediante la invaginación de una capa epitelial en el tejido conectivo subyacente, en el cual se confunden pero con el que no se mezclan, estando separadas normalmente por la membrana basal típica de los epitelios. Según el destino de la secreción y su conformación, pueden ser exocrinas y endocrinas. En las primeras, la glándula al invaginarse mantienen un conducto formado por células hacia la superficie, por donde evacúan sus secreciones, que siempre se destinan a una superficie externa o a un conducto o cavidad corporal. Normalmente no son moléculas señal, sino sustancias con acción química o mecánica como enzimas o moco. Las glándulas endocrinas, en tanto, carecen de conducto y sus secreciones son vertidas al medio interno, ya que se hallan inmersas en el tejido conectivo, y se rodean de capilares especializados, llamados fenestrados, que permiten un mayor intercambio de sustancias. Son las encargadas de la producción de las hormonas por ejemplo, sustancias que actúan como señales moleculares y que regulan el metabolismo. Las glándulas exocrinas pueden clasificarse según su morfología y a la forma de secretar. De acuerdo al primer ítem pueden ser simples o ramificadas, según el conducto esté ramificado o no, o acinares, tubulares o túbulo acinares, de acuerdo a la forma de la unidad secretora, llamada adenómero. Las acinares poseen formas de grano de uva, mientras las tubulares son más o menos cilíndricas. Mientras tanto, según el segundo criterio, esto es, la forma de secretar, pueden ser merócrinas, apócrinas u holócrinas. Las merócrinas liberan pequeñas cantidades de producto encerrado en vesículas que se fusionan a la membrana plasmática y dejan escapar el contenido al exterior sin perder citoplasma. Las apócrinas, en cambio, pierden algo de citoplasma al liberar sus productos, como es el caso de las glándulas - 77 -

mamarias. Las holócrinas, en tanto, se desintegran completamente al expulsar su contenido, como las glándulas sebáceas, que por esto presentan una constante renovación de sus células. Además, las glándulas en general pueden ser clasificadas según el destino de sus secreciones en endocrinas, si alcanzan la circulación; parácrinas, si sólo difunden cortas distancias y regulan el comportamiento de células vecinas, y autócrinas, si actúan sobre la misma célula que la secreta. En los capítulos pertinentes serán explicadas las glándulas exócrinas de interés mientras será dejado el tratamiento de las endócrinas para el capítulo dedicado al sistema endócrino y hormonas.

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Capítulo 6 TEJIDO MUSCULAR

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Miocitos El tejido muscular está conformado por células contráctiles de diferente tipo que pueden otorgarle movimiento al organismo o a una parte de él (Ross y Pawlina 2016), y cuyo origen evolutivo sería muy antiguo, según se desprende del análisis de las características de contracción del aparato de actina-miosina, el cual es hallado incluso en ciertos protistas, lo que le permite un movimiento ameboide, fenómeno ampliamente distribuido entre los animales, y que por posterior especialización habría originado a los miocitos o células musculares. En este sentido, menciónese que desde un tipo celular ancestral similar, también se habría originado la neurona (Brunet y Arendt 2016a). Con todo, según algunos autores, es probable que entre los animales bilaterales los músculos hayan evolucionado en forma paralela e independiente en repetidas ocasiones (Kier 2016). Estructuralmente, el músculo es clasificado tradicionalmente en liso y estriado, no estando clara las relaciones evolutivas entre ambos, ni tampoco con la de la musculatura lisa visceral, que solo fue estudiada a nivel molecular en vertebrados. Como sea, su funcionamiento se basa en todos los casos en la asociación entre la actina y la miosina, proteínas que permiten la contracción del miocito, estando seguramente el origen evolutivo de dicha asociación molecular entre los eucariotas basales, a la que se le sumaron diversas proteínas más ya antes de la emergencia de los metazoos. Sin embargo, existen situaciones donde se observan fenotipos intermedios entre los miocitos lisos y estriados, como se verá en una párrafo posterior, lo que complica un poco la interpretación del panorama evolutivo (Brunet y col. 2016b). La diferencia entre los miocitos se basa, esencialmente, en que los estriados presentan un patrón de bandas transversal y los lisos no, lo que es debido a la diferente estructuración del aparato contráctil. En los primeros, las fibras (microfilamentos intracelulares) contráctiles están tan organizadas y son tan abundantes que generan una forma específica de reflejar la luz. De aquí que sean vistas las estrías. El liso, en tanto, exhibe su sistema contráctil descentralizado, no pudiendo ser observada ningún tipo de banda al microscopio óptico (Fig 6.1). La contracción se debe al accionar del conjunto de los mencionados filamentos contráctiles, el aparato de actomiosina, que consiste de dos tipos de fibras o microfilamentos, los de actina y los de miosina. En los vertebrados, los primeros (llamados actina F, fibrilar), de hasta 1 micrómetro de longitud y 8 nanómetros de espesor, son formados por la polimerización de la proteína globular actina (actina G). Los segundos, mucho mayores, se forman por la asociación de hasta 300 moléculas fibrilares de miosina II, y alcanzan una longitud de 1,5 micrómetros y un calibre de hasta 15 nanómetros. En otras células no musculares ambas moléculas también actúan como fuentes de movimiento, como para la - 80 -

citocinesis o migración celular, por ejemplo, pero no son el componente principal del citoplasma (Ross y Pawlina 2016). La clasificación del músculo estriado de los vertebrados depende de su sitio de ocurrencia. Se tiene así el somático o esquelético, que es el asociado a los miembros y a la columna vertebral, destinados al movimiento o al sostenimiento de la postura, y al estriado visceral, indistinguible morfológicamente del anterior y que se halla asociado a la respiración, habla y deglución, localizado en parte del diafragma, faringe y esófago y que constituye la casi totalidad de la lengua. Finalmente el músculo cardíaco se encuentra exclusivamente en el corazón y la parte inicial de las grandes venas que llegan al mismo. La diferencia entre este y los anteriores se fundamenta en la forma celular y su fisiología, no en el aparato de actomiosina o en la forma en que estas se asocian. El músculo liso, en tanto, no posee una estructura tan organizada y es hallado en los tractos vegetativos (principales secciones del tubo respiratorio y digestivo), vasos sanguíneos y parte de la musculatura ocular (Ross y Pawlina 2016).

Fig. 6.1: Miocitos. Las fotografías se obtuvieron mediante el empleo de un microscopio óptico. Origen de las imágenes: esquemas, Kierszenbaum y Tres 2015; fotografías, Fernando Carezzano

Mientras en los vertebrados se hallan sólo músculos estriados y lisos, en los invertebrados existen tres tipos de músculos, estriados (también llamados transversalmente estriados, equivalentes a los músculos homónimos de los vertebrados), estriados oblicuos, y lisos, así como varios subtipos intermedios entre las tres clases principales citadas. Por otra parte, el músculo liso de los invertebrados es difícil de identificar y es muy diferente al encontrado en vertebrados. Con todo, es muy llamativa la similitud entre el músculo estriado de insectos y vertebrados, animales tan disímiles y separados por tanto tiempo desde su último ancestro común (Royuela y col. 2000). Resáltese nuevamente que no - 81 -

existe, como se dijo, músculo liso en los primeros (Finsterer 2014), aunque en otros invertebrados pueden hallarse, incluso, músculos con varios tipos de células a la vez. Puede hacerse una subdivisión con los transversalmente estriados que pueden clasificarse en dos tipos, con líneas Z continuas y con líneas Z discontinuas. Las líneas o discos Z son los puntos de anclaje de los microfilamentos y el límite de cada unidad contráctil ubicada dentro de la célula, llamada sarcómero (Royuela y col. 2000). La definición mínima de sarcómero sería una molécula bipolar de miosina que se desliza entre dos actinas fijadas a un disco Z, aunque normalmente se aplica a varias moléculas acopladas, que generan una estructura supramolecular. Por último, los músculos oblicuamente estriados se clasifican en tres, platimiarios, circomiarios y celomiarios. La diferencia entre los mismos estriba en la forma en que se disponen los miofilamentos. En los platimiarios, el núcleo y las mitocondrias se hallan en un lado de la célula, mientras en el otro se concentra el aparato contráctil. En los circomiarios, este aparato se halla rodeando al núcleo y a las mitocondrias, dispuestas en el centro de la célula. Finalmente, los celomiarios son miocitos donde las miofibrillas se disponen conformando una U en cuya abertura se halla el citoplasma y el núcleo (Schmidt Rhaesa 2007).

Citología e histología muscular de vertebrados En este taxón, el músculo estriado como tal no funciona aislado sino en conjunto con el tejido conectivo, que lo rodea formando tres tipos de cubiertas, epimisio, perimisio y endomisio, que le brindan sostén e inserción. El epimisio es la capa más externa, resistente, y entre blancuzca y translúcida que se observa en el músculo entero, por ejemplo un lomito. Es tejido conectivo denso, y se continúa en los extremos del músculo con los tendones que lo unen al hueso, como el tendón de Aquiles. El epimisio se tabica profusamente y genera paredes dentro del músculo, el perimisio, que envuelve varias células musculares (llamadas en ocasiones fibras) en grupos más pequeños. Finalmente el perimisio también se ramifica y se hace más delicado, convirtiéndose en una delgada capa de fibras reticulares que rodea por completo a cada célula muscular. De esta manera, los vasos y nervios que entran por el epimisio, se van dividiendo hasta emitir sus ramas más pequeñas a cada célula muscular. Además, alrededor de cada miocito y entre este y la lámina basal que lo rodea, se hallan núcleos de pequeñas células indiferenciadas, las células satélite, las que pueden multiplicarse y fusionarse con las células musculares ya desarrolladas. Cada miocito puede ser tan largo como el músculo al que forma, o unirse por uno de sus extremos a algún tabique interno de tejido conectivo (epi o perimisio) y por el otro al tendón, y pueden tener una longitud de entre 1 hasta 100 mm y en sección transversal medir desde 10 a 100 micras. Son siempre células plurinucleadas debido a que se originan por la fusión de varias células individuales, y - 82 -

sus núcleos casi siempre son periféricos, excepto en algunos vertebrados donde pueden hallarse en todo el cuerpo celular (Paniagua y col. 2007). Una estructura altamente especializada de los miocitos de los vertebrados es el sistema sarcotubular, que consiste de túbulos T y el retículo sarcoplásmico (retículo endoplasmático liso especializado del miocito) (Fig. 6.2). La morfología de este sistema varía entre estos animales, pero en los mamíferos consiste de los túbulos T, que están constituidos por invaginaciones de la membrana celular y dos cisternas del retículo endoplasmático liso que la acompañan (tríada). Posteriormente estas cisternas se comunican con una extensa red anastamótica de tubos que se disponen alrededor de cada miofibrilla, conformación que permite un rápido intercambio de iones calcio entre la célula, el retículo sarcoplásmico y el ambiente extracelular, lo que es esencial para su funcionamiento porque dicho catión permite la contracción muscular y así, actuando sobre sus niveles relativos en el sarcoplasma, el retículo sarcoplásmico y el exterior, la célula regula la contracción muscular (Paniagua y col. 2007).

Fig. 6.2: Sistema sarcotubular de vertebrados. Origen de las imágenes: Kierszenbaum y Tres 2015.

Los filamentos y las miofibrillas. Los miocitos, observados con luz polarizada presentan, en forma alternada, dos tipos de bandas, unas, anisotrópicas, desvían la luz, mientras que otras, isotrópicas, no lo hacen, formando las bandas A e I, respectivamente. Este fenómeno óptico se debe a la superposición de diferentes regiones de la actina y la miosina, que toman la forma de fibras o filamentos y generan el acortamiento de la célula y con esto, del músculo. La región entre dos - 83 -

bandas I abarca dos bandas A contiguas. Esta es la unidad contráctil y se denomina sarcómero, siendo que cada miocito consiste de varios de los mismos que se agrupan uno tras otro, de lo que depende la longitud de la célula, o uno al lado del otro, de lo que depende el calibre de la misma. El fundamento de la contracción es simple. Se produce un deslizamiento de las cabezas de la miosina sobre la actina, las que son atraídas hacia el centro del sarcómero, acortándolo. Así, al acortarse varios sarcómeros, también lo hace la célula. La miosina (Fig. 6.3) es una proteína multimérica muy grande, filogenéticamente muy antigua y con diversas subclases. Forma los filamentos gruesos y a la presente en el aparato contráctil se la conoce como miosina II, siendo la primera proteína motor en ser descubierta. Está compuesta por seis cadenas proteicas asociadas, dos unidades llamadas cadenas pesadas de unos 2000 aminoácidos y cuatro unidades de cadenas livianas, pertenecientes a dos tipos diferentes. Cada región pesada presenta una cabeza o región globular en su región amino terminal, y una larga región fibrilar, cuyas colas se entrelazan y enrollan una alrededor de la otra (Alberts y col. 2016). A través de la asociación en esta región se reúnen hasta unas 300 moléculas de miosina formando un microfilamento grueso, y cuyas cabezas se disponen en ambos extremos del mismo, por lo que son filamentos bipolares.

Fig. 6.3: Aparato actomiosina. Origen de la imagen: https://www.britannica.com

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La actina (Fig. 6.3), en tanto, es una proteína que se halla en todos los eucariotas en dos formas posibles, como actina G (globular) o actina F (fibrilar, o sea formando polímeros constituyendo fibras) que es la que constituye los filamentos delgados. Puede dar cuenta de hasta el 20 % de todas las proteínas en un miocito y, junto a los microtúbulos y filamentos intermedios forman el citoesqueleto de las células animales. Son fundamentales para los fenómenos de motilidad celular donde intervienen en dos formas, por un lado al polimerizarse formando fibras y por el otro al interactuar con la miosina durante la contracción muscular. La asociación de miosina y actina determina la formación de las miofibrillas, organelas alargadas y en forma de bastón, que consisten de multitud de sarcómeros contiguos, de las que pueden existir hasta 1000 en un miocito (De la Cruz y Ostap 2013). El sarcómero. (Fig. 6.4) Como se adelantó, es la unidad contráctil de todas las células musculares estriadas, y que si bien se hará referencia casi exclusiva a la actina y miosina, debe recordarse que existen numerosas proteínas que se suman a este aparato contráctil, pero que escapan al alcance de este libro.

Fig. 6.4: Sarcómero. Origen de las imágenes: Kierszenbaum y Tres 2015.

En una imagen de un miocito estriado típico, el sarcómero se extiende entre dos líneas o discos Z, e incluye a las líneas I y A, ya nombradas, más la línea M. Entre las líneas Z, se logra consistencia por la acción de la proteína desmina, que las une y por fuera del sarcómero, cuando este se halla en la región límite de la célula, se encuentran estructuras similares a las uniones focales, lo que brinda continuidad al sarcómero con la membrana celular. Por su parte la actina se vincula y une fuertemente por la cara interna al disco Z, mientras la miosina lo hace en forma más elástica, siendo mantenidas en su lugar gracias a la acción de ciertas - 85 -

proteínas en la línea M. De esta manera, la banda I tiene solo filamentos de actina, y la A, de actina y miosina por lo que se observa más oscura. La contracción ocurre porque las cabezas de la miosina, son flexibles y se deslizan sobre la actina, como un cierre sobre una cremallera, y de esta forma la actina tira del disco Z, acortando la sarcómera, para lo que obviamente debe utilizarse energía en forma de ATP. La fuerza muscular depende de la cantidad de sarcómeros contraídos en diferentes niveles del músculo. Por esto la fuerza depende de la sección transversal del músculo, no de su longitud (De la Cruz y Ostap 2013). En los sarcómeros muy cortos (de 2 micras) al contraerse los filamentos de actina se superponen durante la contracción, a lo que se denomina supercontracción (Paniagua y col. 2007).

Músculo cardíaco de vertebrados Este tejido conforma la casi totalidad del corazón, y hasta la década del 50 del siglo XX hubo autores que lo consideraban un sincitio formado por células sin separaciones entre ellas. Sin embargo, con la profundización de la microscopía electrónica y la posibilidad de separar en forma individual los cardomiocitos, quedó claramente demostrada la naturaleza celular de este tejido. Característicamente son células más cortas que los miocitos esqueléticos, y además son ramificadas y con sus extremos escalonados debido a la diferente longitud que presentan las miofibrillas. Existen diferencias en el tamaño y funcionalidad entre estas células, las que se clasifican en miocardiocitos contráctiles y de conducción. Los primeros son los encargados de efectuar el trabajo mecánico, mientras los segundos lo son de iniciar la actividad nerviosa del corazón, ya que constituyen el llamado marcapasos. Por otro lado, si bien los miocitos ventriculares son los mayores, existen notables diferencias entre las células cardíacas, incluso pertenecientes al mismo ejemplar. Asimismo, las características citológicas de las células de Purkinje (miocardiocitos de conducción) pueden ser marcadamente diferentes entre distintos animales, así como las de los discos intercalares, estructuras especializadas del corazón, a través de las cuales las células se unen fuertemente, y que si bien ocasionalmente pueden observarse en las tinciones de hematoxilina y eosina, requieren tinciones especiales (Forbes 2001). Estas células pueden ser mono o binucleadas, estando su núcleo ubicado al centro del citoplasma, característica que permite diferenciar a este tejido del músculo estriado esquelético típico de un mamífero, y de acuerdo a Ross y Pawlina, sus células no son ramificadas, sino que los miocitos contiguos no siempre se unirían formando filas de una sola célula, constituyendo una especie de tubo como en el músculo estriado, sino que cada miocardiocito puede unirse, en su terminación en los discos intercalares, con más de un miocito (Ross y Pawlina 2016).

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Músculo liso de vertebrados Los miocitos del músculo liso son alargados, fusiformes y raramente ramificados. Sus núcleos son centrales y alargados, alrededor de los cuales se disponen la mayoría de las organelas. Muy acidófilas, con la tinción de hematoxilina y eosina se colorean más intensamente que el colágeno circundante, adquiriendo tonos casi rosados, mientras el conectivo denso suele tomar tonos prácticamente anaranjados. También se acostumbra llamarlas fibras, y oscilan entre un tamaño de entre 20 a 500 micrómetros, como es el caso de los miocitos de las arterias o del útero, respectivamente. Presentan entre ellas uniones nexo, lo que permite el paso del impulso de contracción, y se hallan rodeadas de una lámina basal y fibras reticulares. En las zonas de mayor desarrollo, también presentan fibras elásticas y de colágeno a su alrededor (Ross y Pawlina 2016). A pesar de estas diferencias tan notables con el músculo estriado, el aparato de actina y miosina se halla muy conservado entre todos los tipos celulares, difiriendo solamente en su organización (Murrel y col 2015). Al tejido muscular liso se lo halla bajo tres formas posibles, ya sea como células aisladas (túnica albugínea del pene), como capas musculares de diferente magnitud (túnica muscular de los tractos respiratorio y digestivo), o bien formando pequeños órganos musculares (músculo erector del pelo) (Paniagua y col. 2007). Este tipo muscular puede renovarse periódicamente como ocurre en el útero, la pared intestinal o los vasos sanguíneos, esto ocurre debido a que los miocitos en sí mismos pueden multiplicarse o porque hay poblaciones celulares que se replican constantemente. Por otro lado, existe una continua interconversión entre los miocitos y fibroblastos o células epiteliales, bajo la forma de miofibroblastos o células epitelio musculares (Ross y Pawlina 2016). Los miofibroblastos, por ejemplo, son esenciales en la cicatrización, y se originan de fibroblastos circundantes que son reclutados para tal fin ya que secretan matriz extracelular y generan fuerzas de contracción que ayudan a la cicatrización (Darby y col. 2014). Estos tipos celulares interconvertibles son muy interesantes, toda vez que en numerosos animales no existen fibroblastos y no están claras las relaciones de homología entre los diferentes tejidos. Aclarar estas relaciones ayudaría a comprender el origen del fibroblasto. El músculo liso no presenta un ordenamiento espacial muy marcado de su aparato contráctil por lo que no se observan bandas, aunque hasta cierto punto existe cierta organización que hace pensar en un sarcómero. Sin embargo, y aunque no posea bandas Z ni túbulos T se pueden hallar estructuras equivalentes llamadas cuerpos densos y cavéolas, respectivamente. En el caso particular del tracto digestivo, los miocitos se hallan dispuestos en la pared del mismo, junto a otros tipos celulares. Son miocitos de escaso calibre, elongados, con forma de huso y una alta relación superficie/volumen, ya que miden unos 400 micrones de largo y unas 5 micras de diámetro y cuyo contenido - 87 -

intracelular, alrededor del 80 %, es ocupado por los cuerpos densos y el aparato contráctil. Presentan dos especializaciones de membrana, las mencionadas caveolas y las bandas densas, siendo las primeras invaginaciones en forma de canasta, de las que existen unas 150.000 por célula, y cuyas bases se hallan rodeadas por cisternas del retículo endoplasmático liso, encargadas de almacenar el calcio y que serían análogas a los túbulos T del músculo estriado. Las bandas densas, por su parte, ocupan una gran superficie de la membrana, y se vinculan mediante filamentos de desmina a los cuerpos densos intracelulares, para de esa manera transmitir la fuerza de contracción a la superficie celular. Las bandas densas de miocitos contiguos se hallan unidas a su vez por colágeno y de esa manera se comportan como una unidad desde el punto de vista mecánico a la par que las uniones en nexo los vinculan metabólicamente y permiten la circulación de los cambios en el potencial de acción. La función principal de este tejido es controlar la motilidad del tracto digestivo, para lo cual existen una serie de ganglios interconectados en la pared de este sistema, el sistema nervioso entérico (Makhlouf y Murthy 2009). El músculo liso presente en los vasos sanguíneos, por su parte, posee dos fenotipos alternativos e interconvertibles, uno secretor y otro contráctil. En el primero se produce gran cantidad de matriz extracelular aunque no se contrae, situación que ocurre en la preñez, ejercitación o durante las etapas ontogénicas inmaduras, y está dirigido a adaptarse a cambios de mediano o largo plazo. En el segundo fenotipo, en tanto, ocurre la conocida contracción y su función es regular el diámetro de los vasos y con esto la circulación periférica y la irrigación particular del lecho capilar de los órganos, produciendo cambios rápidos y de menor duración. La sincronización entre las células vecinas ocurre por la acción de uniones en nexo entre los miocitos o entre estos y el endotelio. Son células con un diámetro similar a las presentes en el sistema digestivo aunque exhiben una longitud notablemente menor, de hasta 100 micras (Gao 2017).

Citología e histología muscular de invertebrados Estos animales presentan tres tipos de músculo, a veces con límites no bien definidos entre ellos, pudiendo encontrarse las tres clases en la musculatura en un mismo animal e incluso puede ocurrir que un mismo músculo posea más de un tipo celular (Royuela y col. 2000). Como se mencionó, tales músculos son los transversalmente estriados, oblicuamente estriados y lisos. Los primeros, además, pueden ser clasificados según tengan líneas Z continuas o discontinuas. Por otra parte, los filamentos de actina en estos organismos suelen presentar mayor longitud que el encontrado en los vertebrados, mientras que los filamentos gruesos suelen ser de mayor calibre y algo más largos que su contraparte en los recién nombrados, además de presentar paramiosina en su interior. En cuanto a la distribución de los - 88 -

tipos de músculo según los taxones, se observa que los artrópodos poseen sólo musculatura de tipo transversalmente estriada mientras los moluscos exhiben los tres tipos. Los anélidos, en tanto, presentan músculos estriados oblicuos y lisos (Paniagua y col. 2007). Menciónese, finalmente y como principio general, que en los invertebrados se hallan 14 filos con músculos de estriación oblicua, siendo el tipo de miocito más común (Fig. 6.5) (Kier 2016).

Músculo liso de invertebrados Los invertebrados poseen una amplia variedad de este tejido, al punto que, existen incluso algunos tipos con estructura intermedia entre un miocito liso y uno estriado. Asimismo, en un mismo individuo pueden hallarse más de un tipo de miocito, como por ejemplo en ciertos bivalvos que se presentan células con diferente calibre de filamentos gruesos, o en los gasterópodos. Esta divergencia habría permitido clasificar a los miocitos lisos de vertebrados e invertebrados en cuatro tipos (Matsuno, 1987), clasificación que sin embargo, al menos en la información relevada para este trabajo, no parece haber sido tenida en cuenta en análisis posteriores. Para ilustrar la complejidad nombrada, puede comentarse que en un trabajo reciente, se encontró incluso un tipo de músculo liso de nematodo que posee filamentos gruesos de tipo estriado y filamentos de actina de tipo liso (Sulbarán y col. 2015). Por lo tanto, como se puede percibir, no siempre son suficientes las diferencias citológicas para diferenciar entre músculo liso y estriado, por lo que suele utilizarse la presencia de las proteínas troponina, caldesmona y calponina para distinguirlos. En los vertebrados la primera es encontrada en los miocitos estriados pero no en los lisos, mientras ocurre lo inverso con la caldesmona y calponina. Por otro lado, en los músculos lisos de los anélidos también es hallada esta última (Royuela y col. 2000) así como en los miocitos lisos de los moluscos (Dobrzhanskaya y col. 2012; Royuela y col. 2000).

Tejido muscular de artrópodos Los artrópodos presentan miocitos con estriaciones y túbulos T muy similares a lo visto en vertebrados, si bien exhiben también una amplia variación en su morfología. Los núcleos celulares suelen ser centrales, excepto en los miocitos empleados en el vuelo, y los filamentos de miosina suelen ser mucho más gruesos, estimándose que se debe a que existen menos cantidad por cada molécula de actina. Así, en un vertebrado existen dos filamentos de miosina por cada actina, en tanto en los artrópodos pueden existir tres o cuatro filamentos de miosina. De esta manera, en cada filamento grueso habría mayor número de moléculas de miosina para interactuar con la actina. - 89 -

Fig. 6.5. A, Fibras musculares oblicuamente estriadas de calamar. A, corte transversal; B, corte longitudinal; C, esquema. Las zonas intramioplásmicas del retículo sarcoplásmico (SR) y los cuerpos densos (flechas) están orientados en ángulo con respecto a los filamentos gruesos dispuestos horizontalmente. A, banda A; I, banda I; M, mitocondria; S, retículo sarcoplásmico, Z, línea Z. La barra Origen de las imágenes: Kier 2016.

El sistema T es muy complejo y variable, pudiendo existir una o dos cisternas. Estos músculos están inervados por fibras amielínicas excitadoras o inhibidoras, aunque no presentan, con todo, una estructura tan compleja como la placa motora de los vertebrados. Por otra parte, al no haber cubiertas de tejido conectivo las células musculares se insertan directamente en el epitelio, donde forman estructuras análogas a los tendones (Paniagua y col. 2007). Si bien este filo no presentaría músculo liso, Medler y Myckles (2015) afirman que en los crustáceos existe una gran heterogeneidad en la estructura y comportamiento de los sarcómeros. Así, por - 90 -

ejemplo, existen células con sarcómeros cortos, medios y largos, lo que se correlaciona con una velocidad de contracción lenta, intermedia y rápida, respectivamente, así como también con la fuerza de la misma, ya que los sarcómeros cortos exhiben menor fuerza al contraerse mientras ocurre lo opuesto con los largos. Finalmente, los sarcómeros cortos también se presentan con líneas Z más rectas y organizadas, mientras los largos las presentan dentadas u onduladas Medler y Myckles (2015), los que recuerdan a los músculos estriados con líneas z discontinuas.

Tejido muscular de moluscos En los moluscos, además del músculo estriado recto, hallado en ciertos corazones o músculos abductores de las valvas, se hallan músculos estriados rectos de líneas Z discontinuas así como también músculo liso. Los primeros son similares a los estriados de vertebrados, mientras que los segundos simplemente poseen sus discos z formados por zonas densas muy cercanas e intercaladas con túbulos T. De esta manera podrían confundirse con estrías oblicuas o miocitos lisos (Paniagua y col. 2007). La musculatura de tipo lisa en estos animales, por otro lado, es sumamente interesante por lo compleja y variada. Por ejemplo, en el pie de Megalobulimus oblongus, el caracol de jardín gigante sudamericano, se han identificado hasta tres clases de miocitos de tipo liso diferentes, los cuáles se hallan rodeados por tejido conectivo, en forma de capas de colágeno, y regados por abundantes capilares circulatorios, que forman, hasta cierto punto, un sistema circulatorio cerrado, o semiabierto, lo cual serviría a los fines del movimiento basado en un sistema hidrostático (Faccioni-Heuser y col. 1999). Finalmente se encuentra también el músculo de estriación oblicua o espiral. En este los miofilamentos se disponen en forma helicoidal de manera que siempre se verán líneas A e I en los tres planos de corte posibles. Es hallado en los brazos de los cefalópodos, entre otros, y sus líneas Z también son discontinuas (Paniagua y col. 2007). Por otro lado, los brazos y tentáculos de estos animales pueden regenerarse, presentan sarcómeros muy cortos lo que les permite una gran velocidad de contracción, y, por otra parte, y a diferencia de lo visto en los insectos, se insertan en el tejido conectivo, que suele ser muy abundante y organizado (Kier 2016).

Tejido muscular de anélidos Los miocitos en los anélidos forman principalmente la pared corporal, y en muchos de ellos existen dos capas de músculo, una circular más externa y otra longitudinal interna, aunque esta última puede faltar. Con todo, la citología de ambas es similar, presentando células relativamente pequeñas, con núcleos centrales y sarcómeros de estriación oblicua, ya mencionado. Los filamentos gruesos son más cortos, de hasta 4 micras, y fusiformes, ya que su zona central mide unos 40 nm - 91 -

mientras sus extremos apenas unos 10. La relación entre filamentos gruesos y finos es elevada, ente 6 a 10 fibras de actina por cada una de miosina. Existen túbulos T y retículo sarcoplásmico, si bien no se hallarían en todas las especies (Paniagua y col. 2007). Finalmente, además de las bandas de la pared corporal, también los septos o tabiques intersegmentarios se hallan conformados en gran parte por músculos al igual que los parapodios presentes en los poliquetos (Tzetlin y Filipova 2005).

Relaciones evolutivas del músculo La relación evolutiva de los miocitos está siendo evaluada en la actualidad con la utilización de poderosas herramientas moleculares, con las que se detectan que genes actúan en las diferentes células. De esta manera Brunet y col. (2016) hallaron que los mioblastos estriados y lisos entre anélidos y vertebrados poseen una “huella dactilar molecular” similar, esto es, poseen una gran cantidad de genes homólogos, que son los que determinan el fenotipo celular. También encontraron una red nerviosa entérica equivalente en ambos animales, que regula la actividad local de la musculatura media y distal, y que los miocitos lisos del tracto digestivo se comunican mediante uniones estrechas, cosa común también con los vertebrados, mientras los de la región proximal son regulados por el sistema nervioso central, cosa compartida también con los vertebrados. Todo esto lleva a postular la hipótesis que ambos tipos de miocitos ya habrían estado presentes en el último ancestro común, el urbilateria, y que luego, en algunos linajes, como los artrópodos, los miocitos lisos se perdieron. Dista aclarar, aún, como se originaron en tiempos tan remotos ambos tipos celulares.

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Capítulo 7 TEJIDO CONECTIVO

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Introducción El tejido conectivo es de origen mesodérmico y el encargado de dar soporte a todos los demás tejidos y formar el estroma; es el medio interno del cuerpo y el que subyace al epitelio y rodea al músculo, y por el cual son transportados los nutrientes, desechos y moléculas señal. En los vertebrados es muy abundante y es fundamental para la arquitectura y estructura de los órganos sobre el cual estos se construyen. La principal célula que lo conforma es el fibroblasto (al menos en los vertebrados), que sintetiza y secreta la matriz amorfa extracelular y las fibras de colágeno. En él se halla el sistema circulatorio, así como los músculos y es también el encargado de la cicatrización, ya que exhibe una gran capacidad de respuesta a la injuria debido a que sus células pueden interconvertirse unas en otras. Las células de este tejido pueden ser de tipo fijo o errante. Las primeras se corresponden con los ya mencionados fibroblastos, los miofibroblastos, los mastocitos, los macrófagos y las células madre adultas. Las segundas, en tanto, incluyen a las células inmunitarias como los linfocitos y macrófagos y en algunos casos a células pigmentarias. En los tejidos conectivos especializados se hallan células fijas que son sus constituyentes principales, como ocurre con los condroblastos, osteoblastos, adipocitos y miocitos lisos, todos los cuales pueden originarse en los fibroblastos. Sin embargo, no está claro si existen diferentes tipos de este tipo celular, y si cada una daría lugar a líneas celulares determinadas y no a otras. En relación al tejido conectivo en los invertebrados y hasta lo que se ha podido recopilar, en la mayoría de estos animales este tejido suele contener fibras (generalmente secretadas por el epitelio circundante) pero no células, o al menos en algunos animales no se han reportado células específicas y exclusivas asentadas en él, del estilo de los fibroblastos. Debe resaltarse también que no existen muchos estudios, o al menos no muy actuales dedicados a esta temática, y que al menos en los artrópodos, desde un punto de vista técnico, son comparativamente más difíciles de realizar. Como sea, el hecho que el fibroblasto sea equivalente o interconvertible con una gran diversidad de células mesodérmicas como adipocitos, condroblastos o miocitos lisos, todas células halladas en los filos complejos, o al menos en algunos taxones dentro de ellos, permite suponer que es un fenotipo celular ampliamente distribuido. Las funciones de los distintos tipos de tejido conectivo (que se enumeran más adelante) dependen de la célula y la matriz particular de cada clase, ya que esta es específica. Según las células y la matriz extracelular los tejidos conectivos de vertebrados adultos se clasifican en generales y especializados. Los primeros incluyen al tejido conectivo laxo o areolar y al denso, sea este regular o irregular. Entre los segundos se cuentan el tejido adiposo, la sangre, el tejido linfático y cuatro tejidos de sostén, dentina, esmalte, hueso y cartílago, junto a varios tejidos de - 94 -

fenotipo intermedio, como la osteodentina, por ejemplo. En los invertebrados la situación es muy diversa. Existen animales como los moluscos con tejido conectivo abundante y células del tipo del fibroblasto, mientras otros como los insectos y los anélidos donde no se han encontrado citas de la existencia de tales células. Como sea, se ha hallado cartílago, o un tejido similar al mismo, entre algunos de estos animales, como ser ciertos artrópodos, moluscos y poliquetos, siendo en todos los casos un tejido celular con condroblastos o una célula equivalente. A continuación se describirá el fibroblasto y el miofibroblasto, la matriz extracelular y las fibras intercelulares; posteriormente, se hará lo propio con el tejido conectivo laxo de mamíferos, el denso del tegumento de anfibios, el cartílago de vertebrados e invertebrados, el tejido óseo, y los tejidos conectivos generales de insectos, moluscos y anélidos. La sangre y tejidos equivalentes de invertebrados serán descritas en los capítulos correspondientes al sistema inmunitario o circulatorio.

Fibroblasto (Fig. 7.1) Los fibroblastos son las células más numerosas de tejido conectivo y secretan grandes cantidades de colágeno de tipo I y III. Pueden vivir sin contactos con otras células pudiendo migrar hacia las heridas donde forman grandes cantidades de matriz extracelular, por lo que interviene activamente en la cicatrización, siendo su principal responsable. Secretan diversos constituyentes de la matriz extracelular como colágenos, elastina, fibronectina, proteasas y glucosaminoglucanos (Masseno y col. 2010, Ross y Pawlina 2016). Son células que suelen hallarse cercanas a las fibras de colágeno y cuyo citoplasma suele confundirse con la matriz circundante y que poseen prolongaciones que no suelen distinguirse fácilmente en las tinciones habituales de hematoxilina-eosina por lo que sólo son visibles sus núcleos más o menos elongados, el que suele poseer un nucléolo prominente. Presentan una maquinaria celular como retículo endoplasmático rugoso y aparato de Golgi muy desarrollados adaptados a la activa secreción de matriz extracelular de la que son responsables. Si bien es ubicuo en el cuerpo animal, y es conocido desde hace mucho tiempo aún no se lo pudo caracterizar bien, ya que no expresa marcadores moleculares típicos que permitan diferenciarlo de otras células y es similar, o incluso idéntico, a las células madre troncales, células con la facultad de diferenciarse, cosa que también ocurre con el fibroblasto. La confusión en la identificación y diferenciación entre fibroblastos y células troncales, se produce porque ambas presentan una morfología similar, son plásticas y adherentes, además de que, como fuera adelantado, entidades similares a fibroblastos se diferencian en hueso, cartílago y tejido adiposo (Hematti 2012). Las células troncales son las del estroma de la médula ósea que poseen un potencial de reproducción muy elevado, pero que al detectar una superficie rígida se transforman en osteoblastos, mientras que si es - 95 -

blanda se diferencian en adipocitos (Alberts y col. 2016) pudiendo diferenciarse también en, tendinocitos. Por otro lado, además de regular la cicatrización actúan sobre la respuesta inflamatoria e inmunitaria (Maxson y col 2012). Como se ve, los posibles fenotipos de estas células son muy diversos y complican su caracterización.

Fig. 7.1. El fibroblasto por fluorescencia Origen de la imagen: www. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu

El fibroblasto juega un rol central en el tejido conectivo, en su remodelación o en la fibrosis, a pesar de lo cual no está muy claro su origen ni las posibles poblaciones que se encuentran en el cuerpo. Se cree que pueden existir varios subtipos porque diversos tipos celulares con aspecto de fibroblasto expresan diferentes moléculas marcadoras en su superficie. La importancia de esto radica en que hay evidencia que determinados grupos de fibroblastos inducen fenotipos epiteliales específicos, por lo que al producirse la cicatrización o crecimiento de grupos particulares de fibroblastos podrían cambiar la morfología y función del epitelio vecino (Phan 2008). Se sabe que las poblaciones de estas células son diferentes de acuerdo a la región de la dermis de que provengan, o incluso de la región corporal, al punto que en ciertos experimentos inducen fenotipos diferentes en la epidermis suprayacente. Por ejemplo, en ciertas experiencias con embriones de aves, si se utilizan células mesenquimáticas de la pata, en vez del ala, se genera el desarrollo de escamas en lugar de plumas en la epidermis. Así, existen notables distinciones en su comportamiento ya que poseen información posicional de acuerdo al eje antero posterior, proximal/ distal y a la distinción dérmico / no dérmico entre los sitios, e incluso podrían retener en forma activa a los genes Hox embrionarios durante el estado adulto. Todo esto los lleva a secretar distintos componentes de la - 96 -

matriz extracelular o a expresar un diferente metabolismo lipídico así como una disímil capacidad de migración (Sriram y col. 2015).

Miofibroblasto (Fig. 7.2) Son entidades intermedias entre los fibroblastos y las células musculares lisas, y presentan la maquinaria contráctil de actina y miosina, por lo que sus fuerzas de tracción son transmitidas a la matriz extracelular. Se diferencian de las células musculares en que no se hallan inmersas en la membrana o lámina basal, a la par que se disponen en forma aislada, y si contactan con alguna otra célula similar, lo hacen por prolongaciones que presentan uniones estrechas (Ross y Pawlina 2016). La tarea normal de estas células es fortalecer los tejidos heridos, que en circunstancias no patológicas incluye la cicatrización y también la remodelación tisular, al generar contracción en los mismos y ayudar a estabilizarlos. Sin embargo, no está claro como se logra esto, proceso que puede llevar desde semanas a años. Para tal función parece crucial su fenotipo intermedio y la producción de una forma específica de contracción, diferente a la hallada en el músculo liso. Como también producen y degradan matriz extracelular, son importantes en la cicatrización. Los miofibroblastos son muy escasos en el organismo sano, pudiéndoselos hallar en las criptas intestinales, el estroma óseo medular y en los tabiques alveolares del pulmón. Al producirse una herida, sin embargo, se diferencian desde múltiples fuentes, como los fibroblastos inactivos de la dermis y tejido subcutáneo, músculo liso vascular, pericitos, así como del tejido conectivo de los vasos sanguíneos. También por la transformación de células epiteliales y endoteliales, siendo el primer fenómeno la tan conocida transición epitelio mesenquimática (Hinz y col. 2007). Además de su rol normal en el tejido, los miofibroblastos son los principales responsables en la producción de la fibrosis, esto es, en la acumulación anormal de matriz extracelular. Como se diferencian desde células madres mesenquimales y fibroblastos tan ubicuos, es necesario impedir este proceso, o incluso, revertirlo, lo que, según las últimas investigaciones, es posible de lograr, y así conseguir que el miofibroblasto revierta a un estado indiferenciado disminuyendo el estado patológico. La importancia de esto radica en que se considera que hasta un 40 % de las muertes en el mundo desarrollado, y quizás bastante más en los países en desarrollo, son debidas a algún tipo de fibrosis. La mecánica de la enfermedad es relativamente simple, producen tejido cicatrizal y depósitos de colágeno que modifican el microambiente celular y por tanto interfieren con la actividad normal de las células vecinas, disminuyendo así la funcionalidad del órgano (Yang y col. 2014).

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Fig. 7.2. Miofibroblasto. Origen de la imagen: Hinz y col. 2007.

La matriz extracelular (Fig. 7.3) El tejido conectivo presenta células y matriz extracelular. Esta última es secretada por las células como los fibroblastos o condroblastos y consiste de una matriz gelatinosa, la matriz amorfa, y de fibras proteicas. La primera consta a su vez de glucosaminoglucanos, proteoglucanos y glucoproteínas mientras la segunda incluye a tres tipos de fibras, colágenas, reticulares y elásticas (Ross y Pawlina 2016). - 98 -

Fig. 7.3: Componentes de la matriz extracelular. Origen de las imágenes: A, www.austinpublishinggroup.com; B, www.stevegallik.org

Comprender profundamente sus funciones ayudará, sin dudas, en la lucha contra el cáncer y en el cultivo de tejidos y órganos, de ahí su importancia no sólo teórica, sino también práctica. Varias de las moléculas que son cruciales en su constitución, como las caderinas e integrinas, que ya se hallan en los protistas, han adquirido un rol principal en esta estructura, adaptándose a otras funciones. En este sentido, es importante la presencia de grandes proteínas y moléculas oligoméricas, porque presentan una mayor capacidad de interacción, aumentando así la gama de comportamientos posibles. Si bien la matriz extracelular ya aparece en los poríferos, con su llamado mesohilo, aunque es más compleja en los vertebrados (Adams 2013). Por otra parte, la mesoglea de los cnidarios y ctenóforos puede considerarse, asimismo, un tipo de tejido conectivo (Paniagua y col. 2017) por lo que, a pesar de no hablarse de fibroblastos en muchos de los metazoos, en este texto se tratará a la matriz extracelular de todos los animales como tejido conectivo. Así, en el mesohilo de las esponjas, por ejemplo, se hallan colágenos, y en alguno de estos animales existe incluso una membrana basal, uniones celulares y colágeno tipo IV similares a la hallada en la membrana basal de los otros metazoos. Con todo, los cnidarios son los animales más basales donde recién se presenta una matriz extracelular compleja, más similar a la encontrada en los animales bilaterales (Adams 2013). En cuanto a los componentes fibrosos de la matriz extracelular el colágeno de tipo fibrilar es el más abundante y se halla en todos los metazoos. Al punto que incluso se han hallado dominios proteicos del tipo colágeno en los coanoflagelados, los antecesores de los Eumetazoos. Otro componente sobresaliente es la fibrilina. - 99 -

Esta es una de las proteínas más antiguas que pueden conformar fibras y, además, forma complejos con gluproteínas y proteoglucanos, a la par que une a diversas moléculas señal, como la BMP (proteína morfogénica ósea), implicada en la formación de los ejes corporales, por ejemplo. Por otro lado, en los vertebrados la fibrilina se une a la elastina, una proteína con la que forma las fibras elásticas, una novedad evolutiva de estos animales. En la llamada sustancia amorfa, en tanto, se hallan los proteoglucanos, que son glucoproteínas especiales formadas por una unidad proteica central a la que se unen diversas moléculas de glucosaminoglucanos, un polisacárido de peso molecular muy elevado, gran cantidad de cargas negativas y por lo mismo, de capacidad de ligar agua. En este sentido, es llamativo que la mayoría de las proteínas que conforman los proteoglucanos de vertebrados, sólo son halladas entre los deuterostomados, con la excepción del sulfato de condroitina y del sulfato de heparano. Por otro lado, la matriz extracelular se especializa en la periferia de la célula para conformar la membrana basal, de la cual las lamininas son un constituyente primordial, ya que estas enlazan a las integrinas de la membrana celular por un lado, y al colágeno de tipo IV por el otro. Las lamininas son proteínas ubicuas y se hallan en todos los metazoos, si bien, como otras moléculas, presentan una mayor diversidad entre los vertebrados, donde algunas variantes son específicas de ciertos tejidos en particular. Aunque en los cnidarios constituyen parte de una evidente membrana basal, no está claro si estas moléculas forman estructuras poliméricas en las esponjas (Adams 2013). Los colágenos se clasifican en fibrosos y no fibrosos, siendo el más abundante de todos el colágeno I, que es del primer tipo. Los colágenos son proteínas triméricas secretadas en mayor medida por los fibrobrastos y en menor proporción por otros tipos celulares, y que dan cuenta de hasta el 25 % de la masa total de proteínas de un animal. Cada molécula está formada por tres cadenas proteicas, llamadas cadenas alfa, que se disponen en forma helicoidal, y que además exhiben una polaridad cabeza-cola. Existen varias decenas de genes diferentes para cada cadena, cuya combinación determina las características de la molécula, por lo que pueden hallarse colágenos específicos en cada tejido en particular. Luego que el colágeno es secretado se agrega en conjuntos mayores, fibrillas, visibles sólo al microscopio electrónico, que a su vez se reúnen en grupos de mayor tamaño formando las fibras de colágeno, las que ya son visibles al microscopio óptico. Además de las conocidas funciones estructurales, algunos tipos de colágeno no fibroso pueden actuar vinculando a las fibras con otras estructuras, como los colágenos IX y XII, mientras otros como el IV sirven como andamiaje en la membrana basal (Alberts y col. 2016). Los vertebrados comparten con los animales más basales la ocurrencia de diversos colágenos fibrilares y de las multiplexinas (colágenos XV y XVIII, exclusivos - 100 -

de la membrana basal). Sin embargo, también existen colágenos en algunos filos muy particulares de invertebrados y en ciertas bacterias, y se ha observado que la temperatura de fusión de los colágenos de invertebrados son más bajos que los presentes en mamíferos, lo que estaría relacionado al tipo de ambientes en que medran. Depende de sus funciones también el que se agreguen en conjuntos más o menos grandes y de diferente estructura, como por ejemplo capas en la retina o como grandes fibras en los tendones. Otros tipos de fibras halladas en la matriz son las reticulares. Estas son muy delgadas, delicadas y ramificadas, dispuestas en forma de un tejido y son en verdad un tipo de colágeno específico, el colágeno de tipo III. Se hallan entre los epitelios y el tejido conectivo laxo, circundando a los adipocitos, y a los pequeños capilares sanguíneos. No son visibles normalmente con las técnicas de microscopía óptica simples como la hematoxilia-eosina. Normalmente son producidas por los fibroblastos, si bien pueden ser secretadas por miocitos de tipo liso. Las fibras elásticas son una innovación evolutiva de los vertebrados y otorgan elasticidad a los vasos circulatorios mayores, como la aorta, o al parénquima pulmonar. Forman redes flexibles y extensibles y entre cada una de las fibras se extienden fibras de colágeno que limita dicha capacidad. Para observarlas adecuadamente suelen teñirse con orceína. También son sintetizadas por fibroblastos y células musculares lisas, aunque sus constituyentes no se relacionan al colágeno. Cada fibra está conformada por multitud de pequeñas moléculas de elastina, encerradas por fibrilina (Ross y Pawlina 2016). De los componentes de la sustancia amorfa, son sobresalientes los proteoglucanos, de los cuales existen dos ampliamente distribuidos entre los metazoos, la agrina y el perlecano, de los cuales, y a diferencia de otras moléculas como los colágenos o lamininas, no se hallaron vestigios entre los coanoflagelados, por lo que parecen ser una novedad entre los metazoos basales. La agrina puede ser tanto secretada, formando parte de la membrana basal, como estar ligada a la membrana celular, la que se halla en el cerebro sirviendo al desarrollo de las sinapsis y curiosamente, algunas secuencias similares a esta molécula se hallan incluso en las esponjas, carentes de neuronas. El perlecano, por su parte, es un importante elemento estructural ya que cumple la función de andamiaje o molde sobre el cual se adaptan y unen las otras moléculas (Adams 2013).

Tejidos conectivos generalizados de vertebrados Tejido conectivo laxo (Fig. 7.4) Es el tejido que junto al otro tipo de conectivo general, el denso, es hallado en las fascias del cuerpo humano y otros mamíferos. Posee abundante sustancia intercelular y numerosas células, pero poca cantidad de fibras, lo que le da una - 101 -

consistencia gelatinosa que permite el paso de los nutrientes y desechos entre las células y los vasos. Se lo halla rodeando los pequeños vasos, debajo del epitelio superficial y de los tractos y en derredor de las glándulas. Debido a su localización es el sitio inicial de las invasiones microbianas, por lo que es el asiento primario de la respuesta inflamatoria. Por esto mismo, la mayoría de las células encontradas en él están vinculadas a esta función (Ross y Pawlina 2016).

Fig. 7.4: Conectivo laxo . A, intestino delgado; B, tráquea; C, piel; D, detalle del tejido, C, capilar; FB, fibroblasto; FC, fibrocito; E, fibra elástica; L, linfocito. Origen de las imágenes: A, B, y C, Geneser 2000; D, www.studyblue.com

Existe cierta confusión en la nomenclatura, ya que este tejido, junto con variables cantidades de tejido adiposo o de tejido conectivo denso, suele recibir el nombre de fascia, que sería una especie de envoltura que conecta y sustenta al - 102 -

cuerpo como un todo. Como sea, un excelente ejemplo de conectivo laxo es el hallado en la capa superficial de la dermis de mamíferos, que cumple con la definición de tejido conectivo laxo sin mayores inconvenientes.

Tejido conectivo denso (Fig. 7.5) Este tejido posee escaso número de células, muy dispersas y separadas entre sí, poca cantidad de matriz amorfa pero presenta una cantidad de fibras muy abundante, sobretodo del tipo de los colágenos, y se clasifica en denso regular o irregular, según el grado de organización que exhiba el componente fibrilar. Estas le otorgan su resistencia a la tensión, y en el caso del irregular, se presentan como ramilletes de fibras orientados en todas las direcciones. Un buen ejemplo de tejido conectivo denso irregular se halla en la dermis profunda de los mamíferos (estrato reticular), mientras la capa superficial es de conectivo laxo. En tanto, claros casos con abundante tejido conectivo denso regular, son los tendones, aponeurosis y ligamentos, los que guardan cierta similitud estructural. Los tendones son órganos en forma de fibra o cuerda, que unen los músculos a los huesos, y consisten de fibras de colágeno altamente organizadas, entre las cuáles se disponen fibroblastos específicos que reciben el nombre de tendinocitos. Rodeando a todo el tendón se halla una envoltura de tejido conectivo un poco menos denso, el epitendón, que se tabica formando el mesotendón y el endotendón. Por estos, entran los vasos y nervios que entran o salen del órgano (Ross y Pawlina 2016). En el tegumento de los anuros, en tanto, se puede hallar una región superficial de tejido conectivo laxo, el estrato esponjoso, por donde surcan vasos, nervios y se asientan las glándulas tegumentarias, y una región más profunda de tejido conectivo denso, el estrato compacto, que es una gruesa región de tejido conectivo denso en la dermis profunda, (equivalente a la reticular de los mamíferos (Vitt y Caldwell 2013). La zona compacta consta de capas alternadas de haces de fibras de colágeno, dispuestas en forma cruzada por la que surcan, periódicamente, ramilletes verticales del mismo tipo de fibras (Felsemburgh y col. 2007). Este arreglo de fibras, con capas alternadas es, al menos en varias especies, claramente regular, a pesar de lo cual la bibliografía no siempre lo clasifica así. Sin embargo, a la vista del microscopio óptico y teñidos con hematoxilina y eosina, suele verse como una zona con escasos núcleos y muy ordenada, recordando en cierta forma, al tendón.

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Fig. 7.5: Tegumento de anfibio.ca, capilar; cr, cromatóforo, g, glándula Origen de la imagen: Kambic 2017.

Tejidos conectivos especializados de vertebrados En esta sección serán abordados el cartílago y el hueso. El primero es un tejido celular, de soporte, que normalmente no es mineralizado, posee abundantes mucopolisacáridos y proteínas fibrosas y es encontrado en animales tan diversos como vertebrados, poliquetos, artrópodos y moluscos (Cole 2011). Por tanto es un tejido de un origen muy anterior al hueso de los vertebrados. Sus células son llamadas condroblastos y condrocitos, y si bien en los invertebrados estos tejidos no son mineralizados, en algunos de ellos suelen presentarse sorprendentes similitudes con el tejido óseo. Fue estudiado originalmente por Antony van Leeuwenhoek y posteriormente se describieron varios tipos de este tejido en invertebrados, a los que Schaeffer, en la década de 1930, supuso como símiles de cartílagos, aunque no sugirió ningún vínculo evolutivo, no habiéndose vuelto a abordar más a estas estructuras hasta la década del 70 del siglo XX. Como en general, el cartílago, exhibe una gran diversidad estructural y bioquímica entre los animales que lo presentan, es muy difícil dar una definición del mismo, el cual, sin embargo podría caracterizarse como un tejido con células inmersas en lagunas con una matriz rica en colágenos, con sulfato de condroitina y que sirve como sostén corporal e inserción de músculos. El hueso, en tanto, es un tejido altamente mineralizado, duro y resistente, formado por sus células específicas, los osteoblastos y osteocitos, originado en el mesodermo y la cresta neural, considerada la cuarta capa germinativa, y es exclusivo de los vertebrados. Posee una serie de canales por donde surcan los vasos sanguíneos que lo nutren, los canales de Havers y de Volkman, o donde se - 104 -

hallan diversas prolongaciones protoplasmáticas de los osteoblastos, los canalículos calcóforos. La estructura histológica de este órgano fue estudiada en el siglo XV, por Havers y, nuevamente, el conocido Antony van Leeuwenhoek. Junto a la dentina y el esmalte, otros tejidos esqueléticos, el hueso formaba parte del primitivo exoesqueleto de los vertebrados más basales (Hall 2015). Las relaciones entre todos estos tejidos parecen obvias y, al menos entre los vertebrados, es probable que primero se originara en el cartílago inmaduro (no mineralizado), para luego derivar en el cartílago mineralizado (maduro) que a su vez generó al hueso. Esta hipótesis se basa en que todos estos tejidos comparten similitudes histológicas, así como también muchas de sus características bioquímicas, solapándose muchos caracteres entre unos y otros. Además, poseen al menos parte de sus programas de desarrollo ontogenéticos en común. Por otro lado, si bien es probable que los cartílagos de deuterostomados sean homólogos, no puede afirmarse nada definitivo respecto de la homología de este tejido entre protostomados y deuterostomados (Gómez Picos y Eames 2015) aunque es probable que compartan redes de regulación génicas formadas durante el origen de los animales bilaterales, y sea así, un caso de homología profunda (Kaucka y Adameyko 2017).

Cartílago En los mamíferos existen tres tipos de cartílago, el hialino, que es el más abundante, el elástico y el fibroso. En estos animales este tejido también forma parte de los estadios iniciales de la formación del hueso (proceso conocido como osificación endocondral) y en los adultos tiende a ser escaso, hallándoselo como cartílago elástico en el pabellón auricular, fibroso en los discos intervertebrales y hialino en las superficies articulares de los huesos. En los peces, en cambio, tiende a persistir en el estado adulto (Cole 2011), habiendo en estos animales una gran variedad de tipos que van desde cartílagos semejante a conectivos densos, a cartílagos semejantes a hueso (Witten y col. 2010). Asimismo, en los invertebrados y otros vertebrados la variedad de tejidos de tipo cartilaginoso es muy numerosa, todo lo cual más el hecho de que los fibroblastos, condrocitos y osteocitos son interconvertibles ha llevado a preguntarse acerca de si es posible que todos deriven de un mismo tipo celular ancestral (Cole 2011).

Cartílago hialino de mamíferos (Fig. 7.6) Es un tejido avascular, con escasas células y con un 95 % de su volumen ocupado por la matriz extracelular altamente especializada la cual debe brindar sostén, pero también ser flexible y permitir la difusión de los metabolitos y sustancias nutricias así como de desechos, ya que los vasos se hallan alejados de las células, lo que es conseguido gracias a que hasta el 80 % de su peso es agua intercelular. El - 105 -

cartílago posee colágenos de tipo I y glucosaminoglucanos, proteínas multiadhesivas y proteoglucanos. El colágeno de tipo I tiene funciones estructurales y mecánicas, en tanto los otros colágenos, presentes en menor proporción, establecen puentes entre diversas moléculas o regulan su comportamiento. De los proteoglucanos el más abundante es el agrecano, que consta de una molécula proteica a la que se unen hasta 100 unidades de glucosaminoglucanos, todo lo cual presenta gran cantidad de cargas negativas por lo que pueden ligarse a un enorme número de moléculas de agua. De aquí la turgencia y capacidad de movimiento de sustancias en este tejido, así como su elasticidad y resistencia a la compresión. Por otro lado, las proteínas multiadhesivas, como la tenascina y la fibronectina, son moléculas pequeñas que vinculan los condrocitos a su matriz. Esta composición específica es mantenida por el accionar de los condrocitos, que perciben los cambios acontecidos en su ambiente como resultado de las presiones y el crecimiento y que por lo mismo pueden reaccionar y cambiar su metabolismo, al menos hasta cierto punto. Rodeando al cartílago, excepto en las superficies articulares, se encuentra el pericondrio, un tejido fibroso que además de contenerlo, brinda las células madre, de las que derivan los condroblastos que apenas formados ya comienzan a secretar la matriz. Una vez que ya están dentro de ella, estas células reciben el nombre de condrocitos, los que pueden aparecer solitarios o reunidos en grupos de hasta cuatro, los grupos isogénos. Estos se forman porque los condrocitos se dividen, quedando reunidos al menos al principio, para luego separarse y reubicarse gracias a que pueden degradar la matriz que los rodea. Estos cambios, sumados a la maduración y crecimiento, hacen que las diversas zonas del cartílago presenten distinta composición junto a una respuesta tintorial diferencial, lo que puede observarse al microscopio de luz. El cartílago crece mediante dos mecanismos, por aposición, que es simplemente por la reproducción de células en el pericondrio y que depositan matriz, y por crecimiento intersticial, que es la expansión de la matriz debida a los condrocitos inmersos en ella. Como consecuencia del crecimiento y maduración en un cartílago ya desarrollado pueden observarse dos zonas diferentes, la matriz territorial, que rodea inmediatamente a las lagunas con sus grupos isógenos, y la matriz interterritorial, localizada entre dichos grupos, que se tiñen de manera algo diferente entre sí a causa de que presentan distinta constitución (Ross y Pawlina 2016).

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Fig. 7.6. Cartílago hialino. A, representación esquemática de las moléculas más abundantes en la matriz del cartílago; B, diagrama del área de transición entre el pericondrio y la matriz del cartílago; C, corte histológico teñido con hematoxilina-eosina. Origen de las imágenes: www.basicmedicalkey.com

Cartílago de cefalópodos (Fig. 7.7) En algún sentido es muy similar al cartílago de mamíferos, y se lo halla formando un sostén para el cerebro y para los ojos. Presenta condrocitos y matriz interritorial, aunque no grupos isógenos y su colágeno es de tipo I. Aunque también presenta pericondrio, en ciertas zonas, como la ubicada frente a la cavidad ocular este tejido no ha sido observado. Como sea, el cartílago presenta una zona superficial, con condrocitos ubicados en una matriz homogénea, y por debajo, una zona profunda, la cual es más heterogénea y donde se hace evidente que existe una capsula en torno a las células, así como territorios y zonas interritoriales, en forma similar a los mamíferos. Además, existen conexiones citoplasmáticas entre las - 107 -

células, como también acontece en los osteocitos, y el cartílago está vascularizado, cosa que no ocurre en el cartílago de los vertebrados, aunque si en el tejido óseo.

Fig. 7. 7: A, en azul los elementos cartilaginosos de Sepia officinalis; B, cartílago que se desarrolla a partir de células individuales (flechas); C, cartílago radular; D, condrocitos en la cavidad craneal; E, detalle del tejido cartilaginoso, a medida que aumenta la cantidad de matriz, se pueden ver procesos extensos que se extienden desde los condrocitos (puntas de flecha). Barras ¼ 100 mm. hc, cartílago hialino; og, ganglio óptico. Origen de las imágenes: Cole y Hall 2007.

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Cuando existe, el pericondrio es fibroso y lo limita y vincula al tejido circundante, si bien en ciertas secciones el cartílago es fácilmente aislado, liso y sin una evidente conexión a los tejidos vecinos, asemejándose al cartílago hialino articular de los vertebrados. Finalmente, así como se registran diversas sustancias propias y diferentes a las de los vertebrados, también existen otras en común, como por ejemplo el agrecano, el que cumple además con las mismas funciones (Bairati y col, 2003; Hall, 2015).

Hueso (Fig. 7.8) Este tejido es una innovación evolutiva de los vertebrados, y consiste de una matriz ósea mineralizada y especializada gracias a la secreción de proteínas particulares. Posee células del linaje de los osteocitos, que forman el hueso, y del de los monocitos macrófagos, llamadas osteoclastos, que lo resorben para que pueda ser remodelado. Las primeras se originan de células mesenquimales que colonizan el tejido en formación, las que se transforman en células óseas progenitoras, y que se diferencian en osteoblastos que comienzan a secretar la matriz ósea, los que una vez que están inmersos en ella, que además comienza a calcificarse, se transforman en osteocitos. Las proteínas de la matriz constan en primer lugar de colágeno, el que da cuenta de hasta el 90 % de su masa, más unas cuatro tipos de proteínas, que conforman el resto, pero de las que depende una correcta conformación estructural. Estos grupos son las proteínas multiadhesivas, los proteoglucanos, las proteínas osteoespecíficas dependientes de la vitamina K y las citocinas y factores de crecimiento. El colágeno cumple funciones estructurales, mientras las proteínas multiadhesivas permiten ligar a los osteocitos y al colágeno a la matriz. Los proteoglucanos, en tanto, resisten la compresión y las proteínas osteoespecíficas participan en la regulación y deposición del contenido de calcio. Los factores de crecimiento, finalmente, regulan la diferenciación celular. El hueso puede ser inmaduro, cuando recién se forma, o maduro, que es el hallado en el adulto, o después de un tiempo en el hueso recién formado en una lesión. El primero no presenta una estructura regular y sus células son bastante abundantes, así como la matriz. El maduro, en tanto, presenta una estructura mucho más organizada, la que se percibe como una serie de laminillas concéntricas. En este tipo de hueso, estas laminillas suelen disponerse en una unidad morfológica llamada osteona o sistemas de Havers. Otra forma de clasificar al hueso es en compacto o trabecular (o esponjoso). El primero suele hallarse en la superficie del órgano, formando capas sólidas y continuas de tejido, mientras el segundo consiste de pequeñas espículas de tejido óseo, imbricadas entre sí, conformando una especie de red o esponja. - 109 -

Fig. 7.8: Tejido óseo. A, esquema de la estructura de la corteza diafisaria de un hueso largo; B, preparado histológico por desgate. Origen de las imágenes: A, Paniagua y col. 2007; B, Geneser 2000.

Al trabecular se lo encuentra en el interior de los huesos, en la llamada cavidad medular y suele estar completamente cubierto y colonizado por la médula ósea roja o amarilla. La primera es donde se produce la sangre, mientras la segunda - 110 -

es simplemente un depósito graso. Tanto el hueso denso como el trabecular pueden estar formados por osteonas, sólo que frecuentemente el esponjoso no es lo suficientemente espeso para que ocurran en él. Una osteona o sistema de Havers mide unos 200 micrones de espesor y se forma cuando los osteoclastos forman un canal de resorción en el hueso existente, para remodelarlo. Este canal es invadido por un vaso sanguíneo, que quedará finalmente incluido en el canal central de la osteona, y tapizado por osteoblastos que comienzan a secretar la matriz ósea en forma concéntrica. Esto sumado a que cada nuevo depósito de matriz orienta sus fibras de colágeno en un sentido diferente al anterior, otorga el aspecto de láminas o anillos de crecimiento de un árbol. Por otra parte, el mencionado vaso envía ramificaciones que originan los conductos de Volkman, transversales al conducto central o de Havers. Finalmente, existen canalículos óseos, que son pequeños conductos por donde los osteocitos envían sus prolongaciones y se vinculan, gracias a sus uniones de nexo, con sus vecinos. Entre el conjunto de los sistemas de Havers y el periostio se pueden observar laminillas concéntricas externas, que son las formadas por el crecimiento en aposición del periostio. Lo mismo ocurre en la zona interna, donde la cavidad central o medular del hueso está tapizada por el endostio (similar en funciones al periostio).

El osteblasto y el osteocito (Fig. 7.9) El hueso está en constante, crecimiento, desarrollo y renovación, resultando en un estado de equilibrio dinámico durante toda la vida, por lo que necesita células de reemplazo. Esto se logra, como ya fuera adelantado, con la diferenciación de células osteógenas mediante un proceso de múltiples pasos o estadios de diferenciación progresiva gracias a la expresión diferencial de los genes implicados, todo lo cual permite la síntesis y al final, mineralización de la matriz extracelular específica del hueso. Las células osteógenas pueden originarse de múltiples fuentes, tales como el líquido amniótico, el músculo o los adipocitos, al menos en los cultivos in vitro, aunque debe aclararse que no siempre esto significa que ocurra lo mismo in vivo. La fuente normal de células osteoprogenitoras son, en tanto, las células de la médula ósea, donde se hallan células madre adultas que originan al linaje hematopoyético y al no hematopoyético. Entre las células derivadas del primer grupo se cuentan las de la sangre, mientras que desde las últimas se hallan los fibroblastos, los condroblastos, los osteoblastos y los adipocitos. Los osteoblastos son células basófilas cúbicas, ubicadas en grupos en la superficie del hueso y con una clara morfología secretora, con bien desarrollados aparato de Golgi y retículo endoplasmático, y ubicadas en la zona más superficial, donde se halla la matriz osteoide generada por ellos. También liberan vesículas que inician la calcificación de la matriz. El osteocito, en tanto, se halla ubicado más profundamente, en lagunas situadas en la matriz ósea completamente calcificada y da cuenta del entre el 90 a - 111 -

95 % de todas las células del hueso, y son células con características mecanorreceptoras, y como tales, están encargadas del mantenimiento del órgano, adaptándolo a los requerimientos de crecimiento o desgaste. El paso de osteoblasto a osteocito toma entre 3 a 5 días e implica la conversión a un cuerpo celular más pequeño y el desarrollo de largas y bien desarrolladas prolongaciones en forma de dendritas. Estas se extienden en los canalículos óseos y establecen comunicación a través de uniones en nexo con otros osteocitos, osteoblastos y osteoclastos, los dos últimos ubicados en la superficie del hueso. De esta manera, se conforma una especie de sincitio, donde las células están comunicadas metabólica y eléctricamente, permitiendo un extensivo flujo comunicacional. Los osteocitos no experimentan mitosis, (Van Leeuwen y col. 2013), a diferencia de los osteoblastos que si lo hacen (Hall 2015, Ross y Pawlina 2016).

Fig. 7.9: A, osteoblastos; B, osteocito c, citoplasma; lc, laguna; mm, matriz mineralizada; mo, matriz osteoide, n, núcleo Origen de las imágenes: A, www.fineartamerica.com; B, www.sciencenewsforstudents.org

Menciónese, al pasar, que todos los tetrápodos poseen hueso con osteocitos y los elementos mencionados anteriormente. Incluso en el número asombroso de 3 hasta 90000 células por mm . Sin embargo los peces presentan numerosos casos de huesos acelular, los que se habrían originado de manera secundaria y en forma independiente en varios linajes de teleósteos derivados. Con todo, la condición inicial sería la de hueso celular, con osteocitos y las estructuras ligadas al mismo como canalículos, por ejemplo. Se discute actualmente como se realizan las tareas ligadas al osteocito en este tipo de tejido, si es que son efectuadas, como el remodelado óseo o la regulación endócrina del balance del fosfato en el riñón, por ejemplo (Shahar y Dean 2013), ya que es sabido que estas células pueden detectar el ambiente y actuar como mecanosensores lo que les permite modificar el crecimiento y desarrollo del hueso, gracias a los cilios primarios y canales de calcio, entre otras estructuras (Uda y col. 2017). - 112 -

Osificación Tanto el cartílago como el hueso comienzan a formarse por la condensación de células mesenquimáticas que se agrupan en un punto particular y se diferencian, y, en el caso específico del hueso este se forma por tres mecanismos, osificación intramembranosa, endocondral y pericondral (Hall 2015), de las que solo serán descritas sucintamente las dos primeras. La osificación intramembranosa se produce cuando las células mesenquimáticas, al finalizar la etapa de condensación, se diferencian directamente en osteoblastos que gracias a la acción de una serie de variados factores de transcripción específicos comienzan a secretar matriz ósea, la que incluye colágeno de tipo I y proteínas óseas particulares, además que inducen la deposición de hidroxiapatita. Este proceso es el responsable de la formación de los llamados huesos de membrana presentes en la bóveda craneana, algunos huesos de la cara y de parte de la clavícula y la mandíbula. También suele atribuirse al aumento en espesor de los huesos largos la intervención de este proceso, porque implica la diferenciación, en forma directa, de osteoblastos que forman hueso. Sin embargo, serían procesos ontogénicamente diferentes con la osificación intramembranosa típica de la bóveda craneana. La osificación endocondral (Figs. 7.10 y 7.11) por su parte, implica la formación de un modelo cartilaginoso del futuro hueso que será reemplazado progresivamente por matriz ósea, y es la responsable de la formación de los huesos largos del esqueleto axial y apendicular, por ejemplo. Como el cartílago puede crecer por aposición, pero también por crecimiento intersticial al multiplicarse y al aumentar el tamaño celular y depositar nueva matriz, puede crecer muy velozmente. De esta manera, el pericondrio, que cubre inicialmente al modelo de cartílago, comienza a depositar nuevas células del tipo del cartílago hialino, que contribuyen al aumento en el calibre del órgano. Posteriormente el cartílago se hipertrofia e induce la calcificación de la matriz, la que aún sigue siendo cartilaginosa, porque los colágenos del cartílago y el hueso, entre otras moléculas, son diferentes. También envía señales para que las células condrógenas se diferencien en osteoblastos, los que entonces si comienzan a depositar matriz ósea, mientras tanto, el pericondrio se transforma en un periostio (osificación pericondral). Otro evento crucial es la llegada de vasos sanguíneos, los que penetran en el hueso, transportando células osteógenas y osteoclastos, siendo estos últimos los encargados de resorber el cartílago hipertrofiado y calcificado. De esta manera, las células recién llegadas comienzan a secretar matriz ósea sobre núcleos cartilaginosos, todo lo cual luego será reemplazado. Finalmente, entre la zona media del hueso, conocida como diáfisis, y los extremos, llamadas epífisis, queda un disco de cartílago. Es el encargado de proseguir con el desarrollo en longitud del hueso en la vida extrauterina. De esta forma, el hueso crecerá en - 113 -

espesor gracias al periostio, y en longitud gracias al depósito de cartílago en sus extremos. Este, luego de depositado, va siendo degradado y reemplazado por hueso. Llegada la etapa adulta, estos discos de crecimiento, denominados placas epifisarias se osifican completamente y cesa el crecimiento (Karaplis 2008).

Fig. 7.10: Osificación endocondral.

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Fig. 7.11: Osificación endocondral. Microfotografías sectores de la placa de crecimiento de fémur de rata. ch,cartílago hialino; cp, placa de crecimiento (cartílago proliferando); mo, médula ósea; t, trabécula ósea; fechas negras, matriz osteoide; flechas rojas, osteoclastos; flechas azules, osteocitos; flechas rosas, osteoblastos.

Tejido conectivo de artrópodos Existen pocos estudios modernos sobre esta temática, por lo que serán analizados estudios trabajos antiguos, aunque muy abarcativos. En algunos casos se mencionarán ejemplos modernos, pero que casi siempre abordan al tejido conectivo de forma accidental. Debe aclararse que en histología general, cuando se habla de tejidos fibrosos se refiere a que contiene fibras de colágeno (aunque pueden contener otras también) y al hacerlo de tejidos no fibrosos se hace referencia a la sustancia fundamental o matriz amorfa, de la que la membrana basal no es más que una especialización. La función principal del tejido conectivo en los artrópodos, más allá de que poseen un exoesqueleto, es servir de apoyo y sostén a los órganos internos al igual que en todos los metazoos, adoptando las formas, en los artrópodos, de membranas basales o tejidos fibrosos (Ashhurst 1982). Hasta la década del 1950 se dudaba de la presencia de tejido conectivo, e incluso de colágeno entre los insectos, lo que cambió cuando se efectuaron una serie de trabajos sobre diversas capas de tal tejido, que rodea o forma parte de diversos sistemas como el nervioso, el digestivo o el reproductor. Así, la capa que se halla en la periferia del sistema nervioso, denominada lámina neural, está muy desarrollada y es uno de los estratos de tejido conectivo más fácilmente accesible en los insectos, que cubre tanto al sistema nervioso central como al periférico, y que se - 115 -

continúa en una lámina que cubre a los músculos (Ashhurst 1968), y la que es en verdad una capa de matriz extracelular muy espesa que forma parte de la barrera hematoencefálica de los insectos y asociada a la neuroglia (Stork y col. 2008). También diversas estructuras como los túbulos de Malpighi, las tráqueas, el sistema reproductor o los cuerpos grasos son fijados por la acción de haces de tejido conectivo. En muchos de estos casos son solamente formaciones de la membrana basal como se observa alrededor de los cuerpos grasos, de los miocitos o de los ya mencionadas túbulos de Malpighi. Sin embargo, en ocasiones pueden contener fibrillas no colágenas o fibras colágenas de variado espesor, como en ciertas glándulas, o incluso fibras colágenas de calibre algo más desarrollado, como en el tejido conectivo subcutáneo de las langostas o alrededor del intestino de las cucarachas. Si bien el tejido conectivo de artrópodos es notable por su acelularidad, existen sitios donde, al menos en partes muy definidas y específicas del ciclo de desarrollo del animal, pueden encontrarse fibroblastos con la morfología típica del hallado en los mamíferos (Ashhurst 1982). Otro aspecto importante a considerar es que la composición química de los colágenos hallados en estos artrópodos es similar a la de los mamíferos. Ashhurst (1985) identifica cuatro tipos de tejido conectivo en insectos: tejidos fibrosos, membranas basales, tejidos conectivos no fibrosos y conectivos especializados. Ejemplo de tejido fibroso es la mencionada lámina neural, y normalmente separan a las células de la hemolinfa, son acelulares y envuelven externamente a los órganos. Sin embargo, también suelen hallárselos dentro de los órganos y alrededor de los músculos. Capas bien desarrolladas de este tipo existen en la langosta Locusta migratoria y en la cucaracha Periplaneta americana. También diversas formaciones similares a tendones podrían englobarse en esta categoría, las que sin embargo serán descritas luego, en base a estudios más modernos. Las membranas basales y los tejidos conectivos no fibrosos podrían, por otro lado, ser similares debido a que la diferenciación entre ambos era atribuida a la carencia de la lamina lucida en el segundo, algo que ahora se sabe es un artefacto de técnica (Ross y Paulina 2016), como sea, estructuras de este tipo son las que engloban a células musculares y células grasas, entre otras. Finalmente las estructuras especializadas son ciertos espesamientos subepiteliales hallados en el intestino medio de mosquitos y pulgas (Ashhurst 1985). Como ejemplo de estudios modernos de algunas de las variantes mencionadas, menciónese que pueden hallarse capas de tejido conectivo rodeando conductos, tractos u órganos, o formando parte de sus sistemas de suspensión o contención, a veces bien desarrollados, en el sistema reproductor (Rabeeth y col. 2016) o en los cuerpos grasos (Carvalho y col. 2011) entre otros.

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Otro sitio interesante donde ocurre este tejido es en el endoesqueleto, el que se vincula íntimamente con el exoesqueleto. Los artrópodos poseen un esqueleto externo con invaginaciones esclerotizadas de su epidermis que sirven como punto de inserción de la musculatura, y son de origen por tanto, epidérmico y cuticular. Son ejemplos los apodemas y el tentorio. Pero también exhiben extensiones tendinosas derivadas de los músculos, de naturaleza conectiva, que sirven para propósitos de sostén y que pueden formar bandas simples o placas muy desarrolladas, los endoesternitos o pseudotentorio. Un caso sobresaliente es el de la cacerola de las molucas (Limulus polyphemus), donde la estructura histológica del endoesternito correspondería a la del cartílago, aunque podrían existir tejidos similares en otros artrópodos no mandibulados que también tendrían células en su matriz, lo que sin embargo no ocurre en insectos ni crustáceos, en donde la mayoría de los conectivos parecen ser acelulares, excepto en algunas fases del desarrollo (Ashhurst 1982, Bitsch y Bitsch 2002). En los artrópodos la unión entre los apodemas de origen cuticular y los músculos se efectúa de forma directa o indirecta. La primera es simple y sólo implica una unión especial entre el tegumento y el miocito. En la indirecta se dan los casos más complejos porque se produce un tendón con fibras colágenas, que une la célula epidérmica y el miocito. Por otro lado, y desde un punto de vista general, los conectivos pueden ser intersegmentarios o intrasegmentarios, o una mezcla de ambos. Por ejemplo, en las cacerolas de las molucas, el endoesternito del prosoma, que forma una placa, sería el resultado de la fusión de cinco pares de tendones de músculos segmentarios. En otros casos, el endoesqueleto es de origen principalmente cuticular (Bitsch y Bitsch 2002). Debe llamarse la atención sobre la terminología, porque por ejemplo en Foelix (2011), se llama tendón a una estructura fibrosa, muy larga, que transmite la contracción de los músculos ubicados en el metatarso y la tibia a la uña de las arañas, pero que es una invaginación de origen cuticular. Por tanto, aunque su aspecto y función son claramente las de un tendón, como su origen es cuticular y por tanto ectodérmico, debe diferenciarse claramente de las estructuras conectivas de origen mesodérmico. Esto es así porque el endoesqueleto de los artrópodos tiene tanto origen ectodérmico como endodérmico. Como sea, en la sección correspondiente a sistemas de locomoción y sostén, será desarrollado este tema en mayor extensión. Finalmente, deben mencionarse dos estructuras conformadas principalmente por tejido conectivo y muy desarrolladas en los insectos. Son los diafragmas del hemoceloma, dos membranas dispuestas a lo largo del animal que separan en forma imperfecta el espacio hemocelómico, regulando así la circulación, y que en algunos casos están formados exclusivamente por vainas de tejido conectivo mientras en otros se hallan presentes, también, músculos (Douglas y Siva-Jothy 2013). - 117 -

Tejido conectivo en moluscos Este tejido puede ser observado inmediatamente debajo de la epidermis separando al epitelio externo de las capas musculares más profundas (Brusca y Brusca 2005). Entre los bivalvos forma estratos de variable espesor, pero con las fibrillas de colágeno formando conjuntos delgados, no reunidas en grupos mayores (fibras) como ocurre en mamíferos, lo que confirma el patrón del colágeno hallado en la mayoría de los invertebrados, en los que tales fibras no se agregan en otras de gran calibre. Así, este tejido puede presentarse de manera más o menos compacta o laxa, dependiendo la zona del animal. Por ejemplo, se puede hallar un conectivo de tipo más denso en la zona del pie o en los bordes del manto, asociado a capas musculares más desarrolladas, mientras un conectivo de tipo laxo se halla en el centro del manto. Asimismo la membrana basal también presenta una amplia variación entre las especies y dentro de cada individuo, no habiendo una explicación satisfactoria para tal situación. Las células encontradas invariablemente por Bairati y col. (2003) en todos los bivalvos que estudiaron son del tipo de fibroblastos, llamadas células claras, y musculares, siendo que el tejido conectivo subepidérmico se continúa sin diferenciaciones notables hasta confundirse con el conectivo profundo que rodea a los músculos subyacentes, y aparentemente sólo vincula a la epidermis con la pared del cuerpo, quedándole a la concha la función de protección. De esta manera no existen notables variaciones en su constitución, como si acontece en la dermis de los mamíferos, por ejemplo (Bairati y col. 2003). Una célula exclusiva de los moluscos es el rogocito (Fig. 7.12), el que ha recibido diferentes denominaciones y está implicado en el metabolismo de los metales y la hemocianina.

Fig. 7.12: Rogocito generalizado. Origen de la imagen: Luchtel y Deyrup-Olsen 2001

Entre los gasterópodos, en tanto, se hallan numerosos tipos celulares, habiendo confusión debido a la variable terminología utilizada por diferentes autores - 118 -

y a que quizás algunas clases de células sean sólo rogocitos modificados, un tipo celular ubicuo pero de naturaleza muy variable y discutida. Así, se sumarían a las listadas en el párrafo anterior, los rogocitos propiamente dichos, los modificados, las células del calcio, las células granulares, las células vesiculares del tejido conectivo y los amebocitos, a la par que neuronas y sus prolongaciones, que inervan este tejido aunque aún no están claras sus funciones (Luchtel y Deyrup-Olsen 2001). Por otro lado, en general el tejido conectivo subepidérmico de bivalvos y gasterópodos se presenta muy diferente al hallado en cefalópodos, en los que dicho tejido recuerda hasta cierto punto al hallado en la dermis de mamíferos, y es una característica distintiva dentro de su filo (Bairati y col. 2003). En resumen, en estos animales el tejido conectivo es más similar al hallado en los vertebrados que en al presente en la mayoría de los artrópodos o anélidos, en que suele estar bien desarrollado, posee una gran variedad y presencia de células asó como de fibras de diverso calibre.

Tejido conectivo en anélidos La pared corporal de estos animales está conformada por un epitelio, una membrana basal y bandas musculares de variado calibre que limitan con el celoma revestido por, generalmente, un epitelio. Dado que su tejido conectivo es muy escaso y al menos los autores no han encontrado referencias a la presencia de fibroblastos, se hará alguna referencia al mismo al describir la pared corporal. La única excepción serían los hirudíneos, que poseen escasos fibroblastos dispersos en una matriz de tejido conectivo laxo que rodea a los grupos de músculos helicoides, con fibras también escasas, y que son estudiados como modelo de cicatrización, pero que como son animales muy derivados y con un estilo de vida parásito, no serán abordados en este libro. Coméntese al pasar que las fibras de colágeno intersticiales son las que conforman los vasos del sistema circulatorio de estos animales, el cual se halla altamente desarrollado y es de tipo cerrado aunque sin células en su constitución. Las fibras que conforman al tejido conectivo e indirectamente al sistema circulatorio serían, de esta forma, secretadas por los epitelios vecinos (por ejemplo los del celoma y del intestino), que siempre se encuentran relativamente cerca debido a que son organismos pequeños.

El tejido adiposo Este es un tejido conectivo especializado en el almacenamiento de energía en forma de grasas compuestas por triacilglicéridos. Su célula componente es el adipocito, el cual se compone de dos diferentes poblaciones (al menos en mamíferos) que conforman la grasa blanca y la parda (Fig. 7.13). La primera presenta una única gota lipídica rica en carotenos que le otorga una coloración amarillenta, la que no está limitada por membrana sino por proteínas especiales. - 119 -

Como aumenta mucho de tamaño llega a desplazar al núcleo hacia un costado y en los cortes histológicos teñidos con hematoxilina-eosina estas células suelen aparecer como celdas vacías, porque la técnica disuelve a los lípidos. La grasa parda, en tanto, consiste de adipocitos con múltiples gotas de lípidos separadas entre sí, por lo que se dice que es multilocular, a la par que posee una mayor cantidad de mitocondrias. Son células muy irrigadas. Estas dos características les otorgan su coloración distintiva. La grasa blanca sirve de reservorio energético para la generación de ATP, mientras la parda brinda calor, por lo que es típica de mamíferos que hibernan (Kierszenbaum y Tres 2015).

Fig. 7.13: Adipocitos. A, grasa blanca; B, grasa parda. Origen de las imágenes: esquemas, Paniagua y col. 2007; fotografías, Geneser 2000.

Así, el adipocito es una célula altamente especializada en el almacenamiento de energía resultante de excesos de alimentación, la que será utilizada durante los momentos de carencia, por lo que está preparada para liberarla cuando sea - 120 -

requerido, y por otro lado, esta célula actúa como regulador del metabolismo ya que posee capacidades endocrinas (Leff y Granneman 2004). En los insectos existe un tejido similar al adiposo, los cuerpos grasos, que llenan el espacio entre los órganos, ocupando diferente posición en el cuerpo, así como representan diferentes porciones relativas de éste, dependiendo del taxón y de la fase de crecimiento del organismo en cuestión. Sin embargo no sólo son lugares de reservorio de lípidos, ya que además presentan otras células, incluso de otro origen embriológico (Oliveira y Cruz Landim 2003). Los cuerpos grasos consisten de capas de entre una a dos células de espesor, asentadas principalmente, pero no exclusivamente, en el abdomen, y se hallan en contacto directo con la hemolinfa ya que limita siempre con el hemoceloma. También puede consistir de nódulos inmersos en dicho líquido, y tanto en este caso como en el anterior, se hallan fijadas en su sitio por tejido conectivo o traqueolas. Generalmente se presentan inmediatamente debajo de la pared corporal como una capa periférica y otra visceral en torno al tracto digestivo. La mayoría de sus células constituyentes, los trofocitos (o sus derivados) son de origen mesodérmico, si bien uno de sus tipos celulares, los enocitos, son ectodérmicos. Como las funciones del órgano son las de almacenamiento de lípidos, sus células suelen llamarse adipocitos, pero dado que también almacena proteínas y azúcares, actúa emitiendo señales endocrinas y en la inmunidad y es el principal sitio de síntesis de las proteínas que circulan en la hemolinfa; suele comparárselo con el hígado, si bien sus funciones van más allá de las efectuadas por este (Hoshizaki 2013) y es por lo que algunos autores no acuerdan en aplicar al trofocito el término de adipocito (Roma y col. 2010). Este órgano será abordado nuevamente y en profundidad cuando se estudie el sistema digestivo de los insectos.

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Capítulo 8 TEJIDO NERVIOSO

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Introducción El tejido nervioso es el componente esencial del sistema nervioso, junto a pequeñas cantidades de tejido conectivo. Las células del mismo son de dos tipos, las que conducen impulsos nerviosos (neuronas) y las que las nutren, sustentan mecánicamente o apoyan en sus funciones, conocidas colectivamente como neuroglia (Fig. 8.1).

Fig. 8.1: Tejido nervioso. Origen de la imagen: http://www.apsubiology.org

Si bien la propiedad de excitación es general en todos los seres vivos, en organismos pluricelulares como los animales la zona destinada a recibir la información excitatoria se ubica alejada de la fuente de origen del estímulo, por lo cual se desarrolló un sistema de conducción de los mismos basado en células especializadas, las neuronas. Esta es la célula nerviosa, que está altamente diferenciada para esta función en todos los animales que presentan este sistema, considerándose que probablemente se originó a partir de células epiteliales, de las que se sabe que coordinan el batido ciliar y en las que, cuando los animales comenzaron a aumentar de tamaño, la comunicación entre células vecinas no bastaba, por lo cual significó un notable avance el desarrollo de una célula especializada, con sus prolongaciones destinadas a conducir los impulsos a largas distancias. Por otro lado las propiedades funcionales de las neuronas son muy similares en todos los animales, ya que se basan en la captación de estímulos, su - 124 -

conversión en un impulso nervioso conducido a alta velocidad y su transporte hacia otra neurona o célula efectora (Gotz 2013). Las neuronas varían ampliamente en su forma, quizás mucho más que los tipos celulares de otros tejidos, aunque su estructura, fácilmente identificable, fundamentalmente está adaptada a recibir y enviar el impulso informativo. Presentan un cuerpo central, el soma, que contiene al citoplasma o pericarión y al núcleo, y dos tipos de prolongaciones citoplasmáticas emitidas desde el cuerpo celular, el axón y las dendritas. Para esto, el impulso transcurre a través de la célula como una inversión de su potencial eléctrico de membrana y en el final del axón el mismo llega a la sinapsis. Aquí, dicho fenómeno eléctrico estimula a la región y se transmite la información por medio de un neurotransmisor (sinapsis química) o de un flujo de iones (sinapsis eléctrica). Debe destacarse que la conducción de los impulsos en los animales bilaterales siempre es desde las dendritas hacia el soma y de aquí al axón, donde la información se dirige hacia las dendritas de otra neurona o a un miocito, por ejemplo. Las neuronas se vinculan fuertemente con la neuroglia para formar los distintos órganos del sistema nervioso. La neuroglia (que significa cemento, término ideado por Virchow en 1858) es un conjunto de células que deben aislar a las células nerviosas del medio circundante, creándoles su propio ambiente celular y actúan normalmente envolviendo (literalmente) a las células nerviosas mediante diversos mecanismos o estructuras. Son incapaces de generar impulsos nerviosos, aunque pueden establecer sinapsis con algunas neuronas. En todos los animales, la neuroglia cumple diversas funciones, como la de mantener un medio interno y un entorno sináptico apropiado (por ejemplo concentraciones iónicas adecuadas); durante la ontogenia o la regeneración, guían a los procesos neuronales durante su crecimiento y avance en los tejidos, e incluso proporcionan células madre gliales y neuronales en algunas especies luego de su pérdida. También participan en los procesos de cicatrización al fagocitar los restos celulares. Como tejido y sin entrar al detalle de que subtipo sea, se la encuentra en numerosos animales, entre los que se contarían también los cnidarios, que presentan el sistema nervioso más simple. Con todo, a medida que el animal exhibe mayor complejidad y cefalización, aumentan tanto la cantidad de células de la glia, como su variedad, hallándosela, con toda certeza, en artrópodos, moluscos, anélidos y vertebrados, convirtiéndose de esta forma en un componente indispensable del tejido nervioso (Gotz 2013).

Capacidades básicas de las neuronas. Sus antecedentes evolutivos Es fácil darse cuenta que los animales “sienten” o perciben el ambiente. Esto es gracias a que pueden observarse algunas propiedades exhibidas por los animales como irritabilidad, conducción e integración de la información, secreción de sustancias, actividad interna y movimiento. Las células, individualmente, también - 125 -

presentan estas características, aunque la mayoría de ellas, incluyendo a las neuronas, se especializaron en algunas de estas cualidades particulares dejando de lado otras. Por ejemplo, el miocito se especializa en la contracción y presenta poca actividad secretora, mientras que una neurona posee gran capacidad de secreción y es incapaz de contraerse. En los protistas de tipo animal como los paramecios o coanoflagelados, sin embargo, todas las propiedades funcionales son llevadas a cabo por el organismo, ya que es unicelular y no puede especializarse (si bien son células muy complejas y de gran tamaño, por lo que presentan regiones claramente diferenciadas). Por lo tanto, una pregunta válida es ¿cómo evolucionaron tales características desde el ancestro unicelular hasta los animales? Para responder en parte a esto se repasarán brevemente algunas formas de irritabilidad en los organismos más basales. Por ejemplo, ciertas bacterias e incluso algunas arqueas, que son los organismos actuales más basales y similares a los que se consideran que fueron las primeras células, pueden percibir cambios muy sutiles en el ambiente y moverse a favor o en contra de ellos. De esta manera, se alejan de las sustancias tóxicas pero se mueven hacia las nutritivas, pueden evitar los obstáculos o dirigirse hacia la luz o alejarse de esta, según su estilo de vida. En Escherichia coli existe incluso una memoria básica que le permite analizar dos puntos muy próximos entre sí, lo que es utilizado para conducirse más eficazmente. Así, puede percibir el ambiente mediante diversos mecanorreceptores y quimiorreceptores presentes en su periferia, como cuando debe alimentarse, para lo que nada activamente y al azar con sus flagelos, compara la cantidad de nutrientes entre dos sitios y reconoce así en qué dirección aumenta el gradiente, haciendo lo contrario con las sustancias nocivas. Como se ve, percibe el ambiente y modifica su conducta motora mediante un proceso de integración, que vincula la entrada de información y la ejecución de una acción. Por otro lado, algunos protistas pueden exhibir conductas aún más complejas, pudiendo a veces detectar estímulos visuales, aunque no hay acuerdo sobre si presentan o no un sistema de integración motriz. Como sea, exhiben, en forma algo similar a los metazoos, canales de membrana que se accionan por cambios en el voltaje. Y justamente a ambos lados de la membrana celular siempre existen diferencias de carga debido a las distintas cantidades de iones como Ca y K. Esto es, existe un gradiente electroquímico, lo que es un paso muy importante ya que las neuronas de los eumetazoos actúan enviando mensajes basadas en las propiedades electroquímicas de la membrana celular, por lo que puede verse como un antecedente evolutivo de las mismas (Roth y Dicke 2013). De todas maneras, lo que distingue claramente a las neuronas de otras células es su capacidad de generar potenciales de acción. Estos son cambios drásticos e idiosincráticos del potencial de membrana o reposo de las neuronas, donde se invierte el signo de las cargas en forma dramática. Este potencial de - 126 -

reposo es simplemente un potencial eléctrico, o sea una diferencia de cargas eléctricas entre dos sitios, en este caso, separadas por la membrana, y es un fenómeno similar al que exhiben las células de todos los organismos, excepto que las neuronas pueden invertir su signo y, además, permitir que este cambie en forma sucesiva y velozmente a lo largo de toda la longitud de la célula. Como consecuencia de esta conducción del impulso eléctrico la neurona puede transferir información dentro de sí misma o a otras células. Este cambio de potencial también se registra en el miocito, otra célula eléctricamente excitable, sólo que en este caso se genera la contracción (Pineda y Ribera 2007). Así es que los potenciales de membrana son anteriores al surgimiento de la neurona. Quizás la primera forma de comunicación neuronal debió haber sido electrotónica, como en la mayor parte de los cnidarios actuales y también como en muchas células de animales más complejos, como los vertebrados. Sin embargo la comunicación mediante sinapsis química surgió muy temprano en la evolución animal mientras su contraparte eléctrica fue disminuyendo en importancia, y así la primera la fue reemplazando. Por otra parte, la capacidad de liberar mensajeros químicos existe en numerosas células, muy similares a las células endocrinas halladas en los vertebrados. Son las células neuroendocrinas. Las mismas secretan grandes cantidades de mensajeros al medio interno, desde donde son transportados hacia las células blanco. Sin embargo, cuando las neuronas se especializaron al desarrollar la sinapsis química, el mecanismo se hizo más eficiente ya que las sustancias se sintetizan en mucha menor cantidad debido a que son liberadas en el punto exacto de contacto con el órgano de destino. Por otro lado, la conducción eléctrica en la membrana por despolarización es mucho más rápida que el movimiento de una molécula por la circulación de los fluidos internos. De aquí que el aumento de tamaño debe haber sido un aliciente en el desarrollo de la morfología neuronal. Con todo, siguen existiendo sistemas neuroendocrinos en todos los animales, aunque reducidos, porque sus funciones fueron delegadas al sistema endocrino, el que no existe en los invertebrados más basales, aunque se halla muy desarrollado en los artrópodos y en los vertebrados (Pannese 2015). Las neuronas no son halladas en todos los metazoos, ya que las esponjas, que son los animales actuales más basales no las presentan o, al menos, aún no se detectaron indicios de conducción eléctrica, que es señal inequívoca de su presencia. A pesar de esto existe cierta coordinación en el accionar de sus poros para la circulación del agua. De los otros filos animales, los más simples que presentan neuronas son los cnidarios, aunque sus neuronas pueden enviar información en ambos sentidos, mientras que en los animales bilaterales sólo siguen una dirección (Roth y Dicke 2013).

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Generalidades del sistema nervioso A continuación se describirá someramente la anatomía macroscópica del sistema nervioso en general para poder comprender cabalmente la arquitectura de este tejido. Este sistema es encontrado en todos los animales excepto en las esponjas y pueden clasificarse en sistemas nerviosos difusos (encontrados aparentemente sólo en cnidarios) y sistemas nerviosos centralizados (el sistema nervioso central, claramente diferenciado en vertebrados, artrópodos, moluscos y anélidos, por nombrar sólo a algunos animales muy conocidos) (Fig. 8.2).

Fig 8.2: A, Sistema nervioso difuso de celenterado; B, sistema nervioso central de anélido. Origen de la imagen: Arendt y col. 2008

Los sistemas nerviosos centralizados, en general, se dividen en una parte central y otra periférica. En los vertebrados, el primero incluye al encéfalo y a la médula espinal, o sea a todo el tejido nervioso ubicado dentro del cráneo y la columna vertebral. El periférico, en tanto, consiste de nervios y ganglios nerviosos. Los primeros son prolongaciones que emergen del encéfalo y de la médula, esto es, abarca a los nervios craneales y espinales. Así, los nervios no son más que agrupaciones de las prolongaciones de las neuronas que brotan, juntas, del sistema nervioso central. Los ganglios, en tanto, son agrupaciones de somas neuronales ubicados por fuera del sistema nervioso central. En todos los sistemas nerviosos pueden diferenciarse entre vías o nervios aferentes o sensitivos, que transportan información al sistema nervioso central, y vías o nervios eferentes o motores, que transmiten los impulsos nerviosos desde este sistema hacia los órganos efectores, quienes realizan las acciones tendientes a la conservación de la homeostasis. Conviene introducir aquí otros dos conceptos. Por una lado, el de neuronas integradoras o de asociación, que son las que se encuentran entre las vías aferentes y eferentes, “decidiendo” como sigue el impulso (ya que a veces la información se - 128 -

bloquea o se desvía a otra vía gracias a la intervención de estas). Por otro, el de los núcleos grises, áreas de neuronas amielínicas que integran información de diversa naturaleza y elaboran respuestas, las que son enviadas por medio de vías motoras específicas. Estos núcleos son grupos de neuronas claramente separadas del resto e inmersos en la sustancia blanca; aunque, cuando no existe una clara delimitación en vez de núcleos se habla de áreas (Butler y Hodos 2005) (Fig. 8.3).

Fig. 8.3: Núcleos grises del encéfalo de ave. neW, núcelo Edinger-Westphal; NIIIdl, núcleo oculomotor dorsolateral; NIIIv, núcleo oculomotor ventral Origen de la imagen: www.brainmaps.org

La neurona La neurona es la célula nerviosa que se comporta como la unidad morfológica y funcional del sistema nervioso y que posee, en forma típica, tres partes, el cuerpo celular o soma, el axón y las dendritas. Sin embargo, se demoró mucho tiempo en comprender claramente la naturaleza y relaciones de estas regiones celulares. Todo comenzó cuando a principios del siglo XVIII Leeuwenhoek descubrió el axón al observar las “fibras nerviosas” en nervios periféricos, los que sin embargo no se asociaban claramente al cuerpo neuronal, el que fue descubierto mucho después, y descrito como “células globosas” por Dutrochet en 1824. Asimismo, fueron Purkinje y Valentine quienes aparentemente describieron las primeras dendritas, las cuales fueron bautizadas así por His a fines del siglo XIX. Sin embargo no quedaba claro que todas estas estructuras eran partes constituyentes de una sola entidad, lo que quizás ocurría debido a que las neuronas son mucho mayores que otras células, y nunca podían ser observadas por entero y completamente teñidas en un solo campo microscópico. Así, se creía que el sistema nervioso estaba conformado por una red sincicial en la cual se hallaban intercalados los cuerpos celulares. Hubo que esperar hasta fines del siglo XIX y principios del siglo XX para la total aceptación de la teoría neuronal, la cual afirmaba que el impulso nervioso corre por células formadas por dendritas, cuerpos celulares y axones, y que las células están separadas entre sí, - 129 -

aunque vinculadas por las sinapsis. En este punto, comenzó una nueva discusión, porque no hubo acuerdo, por mucho tiempo, acerca de si el paso del impulso nervioso a través de la sinapsis era gracias a un mensaje químico (neurotransmisor) o a la transmisión de corriente eléctrica. Terminó aceptándose como válida la primera hipótesis, aunque luego quedó claro que existen, en verdad, dos tipos de sinapsis, las químicas y las eléctricas (Pannese 2015). La neurona (Fig. 8.4) está altamente especializada en la captación de estímulos y transmisión de impulsos eléctricos, estando contenidas en el soma casi todas las organelas celulares mientras que en las prolongaciones se halla un complejo sistema de transporte. Como las neuronas forman redes ente ellas, este impulso puede pasar de una a otra, lo que se logra a través de la sinapsis. Las neuronas varían ampliamente en morfología y tamaños entre los diversos grupos animales, habiendo algunas realmente gigantescas, como las halladas en algunas especies de calamares del género Loligo, las que permitieron en las primeras épocas de la neurociencia experimental, introducir electrodos dentro del soma para medir los cambios de voltaje producidos en diferentes etapas del impulso nervioso. El cuerpo celular, comparado al de otras células, suele ser muy grande, presentando un núcleo prominente, con importantes nucléolos y con abundante cromatina dispersa (eucromatina), al igual que el pericarion, donde se realiza la mayoría de los procesos metabólicos. Adyacente al núcleo y en el citado pericarion, se encuentra el citoplasma perinuclear que presenta ciertos gránulos intensamente teñidos, conocidos como cuerpos de Nissl. También se encuentran abundantes mitocondrias, dado que deben proveer de gran cantidad de energía dado el elevado metabolismo neuronal. Finalmente existe un aparato de Golgi muy desarrollado y diversas fibras estructurales, entre las que destacan los neurofilamentos. Las características enumeradas revelan que la neurona no sólo posee un elevado metabolismo (por la presencia de mitocondrias) sino una gran tasa de síntesis proteica. Esto está indicado, para empezar, por la gran cantidad de nucléolos, lugar de síntesis del ARN ribosómico, que migrará al citoplasma para conformar a los ribosomas, por lo que es una señal indirecta de una abundante síntesis proteica. Otro indicio es la extensa región con eucromatina, ya que sólo se halla en las células que deben dirigir una abundante síntesis de proteínas, porque los genes sólo pueden ser transcriptos cuando la cromatina se halla dispersa. Otra señal son las ingentes cantidades de ribosomas y/o retículo endoplasmático rugoso, concentrados en regiones específicas del citoplasma, por lo que al microscopio óptico las cisternas de este orgánulo se ven intensamente teñidas, conformando a los citados cuerpos de Nissl. Finalmente, y debido a que son las que presentan mayor metabolismo respiratorio, las neuronas son las primeras células en morir ante la hipoxia. Con todo, ante ciertos daños neurológicos, las neuronas muertas pueden ser sustituidas por nuevas células, diferenciadas a partir de células madre - 130 -

neuronales, presentes en determinadas regiones del cerebro. Esto es así porque las neuronas maduras no se multiplican debido a que entran en la fase G2 del ciclo celular. Como sea, no es un proceso frecuente, aunque puede darse cuando ciertos nervios son dañados, permitiendo que estos últimos se regeneren. En esto el tejido nervioso difiere profundamente del tejido epitelial estratificado, por ejemplo, donde las células de la capa más basal forman un estrato germinativo que provee de células continuamente para reemplazar a las que van muriendo y descamándose en la superficie del tegumento. Es fácil inferir que una profunda comprensión de las bases biológicas de estas diferencias es crucial, dado que si se pudiera manipular la tasa y lugar de regeneración neuronal en forma apropiada, podría utilizarse para tratar ciertas patologías como el Alzheimer o el Parkinson.

Fig. 8.4: La neurona. Origen de la imagen: dibujo, www.icarito.cl; fotografía, Geneser 2000

Además de la multiplicación (o su falta) todas las células deben renovar sus organelas y moléculas, por lo que estas deben sintetizarse constantemente. En el - 131 -

caso de la neurona, que posee largas prolongaciones, numerosas moléculas y organelas deben viajar entre el soma y el axón o las dendritas, o entre alguna de estas regiones y el cuerpo celular, lo que se logra mediante el transporte axonal y dendrítico, efectuados gracias a la acción de los filamentos intermedios y microtúbulos y al auxilio de ciertas proteínas que actúan como motores moleculares. Esta es una forma de comunicación intracelular que incluso es utilizada por ciertos virus y toxinas que se han adaptado a este sistema y penetran por dichas prolongaciones hasta el soma. Como se mencionó, las neuronas presentan también dendritas y axones. En los vertebrados estas prolongaciones citoplasmáticas pueden diferenciarse porque las organelas de mayor tamaño sólo se encuentran en el soma y la región dendrítica basal, pero no en el axón (Fig. 8.5). De todas maneras, como será visto luego, la distinción no siempre es tan clara, sobre todo entre los invertebrados.

.Fig. 8.5: Soma neuronal Origen de las imágenes: Kierszenbaum y Tres 2015.

Volumen y forma neuronal Las neuronas se cuentan entre las células más voluminosas que existen. Sin embargo esta característica no es constante, ni siquiera en el mismo tipo neuronal en el mismo individuo. Esto es interesante de destacar, porque el volumen celular es una característica que en casi todos los tejidos permanece constante, o no varía ampliamente. En el sistema nervioso, el tamaño y forma de las neuronas pueden divergir notablemente, lo que depende tanto de la acción de factores internos - 132 -

(genéticos), como externos (tales como la influencia del medio extra celular y sus señales). Como sea, parece evidente que el volumen que alcance una neurona dada depende del área donde actúe y ejerza su influencia. Así, en lagartos donde su cola ha sido seccionada, la que luego puede, sin embargo, regenerar sus tejidos, los únicos que no vuelven a crecer son los nervios locales. Sin embargo la nueva zona será inervada por nervios ubicados en la zona más cefálica, los que emitirán nuevas neuritas y verán, además, significativamente aumentado el volumen del soma, ya que además de vincularse a la zona a la que lo hacía normalmente, deberán tomar cuenta de la nueva cola. En este sentido es interesante mencionar que en los individuos de la misma especie, pero de mayor tamaño corporal, sus neuronas homólogas alcanzan un mayor volumen, probablemente porque también aumenta su área de actuación. Incluso se ha registrado esto en aquellas células confinadas al sistema nervioso central, como las células de Purkinje, y que no inervan zonas corporales periféricas. Una situación similar ocurre entre las motoneuronas que inervan diferentes zonas corporales. Por ejemplo, las más pequeñas inervan pocos miocitos, mientras las mayores se encargan de hasta varios cientos. Además, estas últimas neuronas poseen un umbral de excitación mayor (son menos sensibles). De esta forma, para efectuar un gran esfuerzo muscular se requiere un estímulo más intenso que para efectuar uno menor, porque en este caso las neuronas, más pequeñas presentan un umbral de excitación mucho menor. El volumen también puede cambiar si existe una mayor actividad en la neurona implicada, y según el ciclo sexual de individuo, donde se correlaciona dicho parámetro con los cambios hormonales en sangre. Por otro lado, la forma neuronal depende de influencias externas como las aferencias, glia y factores tróficos y hormonales. Se ha demostrado por ejemplo que la neuroglia puede estimular o reducir la extensión del árbol dendrítico, según el caso, o que debido a la carencia de ciertas inferencias nerviosas no se puede inducir el desarrollo normal de las dendritas, desenvolviéndose estas de forma anómala o inmadura, como se ha demostrado en las células de Purkinje, las que al carecer de sus aferencias en ciertas patologías o por ablación experimental, no desarrollan correctamente las mencionada prolongaciones. Asimismo, también el alargamiento, orientación y patrón de ramificación y desarrollo del axón dependen de la acción de factores como neurotrofinas, moléculas reguladoras de la formación de microtúbulos y actina, factores de transcripción y señales extracelulares asentadas en la matriz extracelular. Además, la relación axón/soma puede variar ampliamente. Por ejemplo, en las neuronas más pequeñas, como las granulares del cerebelo, el volumen axonal apenas duplica al del soma, mientras que en una neurona lumbar con un axón de hasta metro y medio, el volumen axonal llega a ser 500 veces mayor (Pannese 2015).

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Tipos neuronales de los vertebrados De acuerdo a Butler y Hodos (2005), basados en las formas de sus cuerpos y según la longitud y relaciones de las neuritas, la vasta colección de neuronas de los vertebrados son, esencialmente, de tres tipos, las sensitivas aferentes ubicadas en el sistema nervioso periférico, las efectoras eferentes con sus somas en el sistema nervioso central y sus axones por fuera del mismo y las interneuronas completamente asentadas en dicha región. Otra forma de clasificarlas es como Golgi tipo I o de proyección o Golgi tipo II o interneuronas (Fig. 8.6). Las primeras son neuronas con axones muy largos, que corresponden a las sensitivas aferentes y efectoras eferentes; alcanzan a inervar zonas muy distantes del lugar donde se asienta el soma, y los axones son mielinizados. En cambio las segundas presentan axones mucho más cortos y se ramifican en forma conspicua a poco de originarse, pero siempre en un territorio cercano. No se mielinizan. La mayoría de las interneuronas son de esta última clase, y son las más abundantes en el telencéfalo, donde existen muy pocas neuronas aferentes y eferentes. La mayoría de las neuronas de Golgi tipo II de esta zona sinapsan con regiones más inferiores del encéfalo de las cuales reciben información y hacia las que envían las órdenes. Se supone que dicha zona es el asiento de las funciones superiores del sistema nervioso.

Fig. 8.6: Tipos de neuronas. A, Golgi tipo I; B, Golgi tipo II. En rojo las prolongaciones axónicas. Origen de las imágenes: Pannese 2015.

Por otro lado, según las relaciones entre el soma, las dendritas y los axones, las neuronas pueden ser monopolares, bipolares o multipolares (Fig. 8.7). Las primeras presentan una prolongación que actúa como dendrita y como axón, en ocasiones esta ramificación se divide a escasa distancia de originarse, en una - 134 -

dendrita y un axón. Las segundas, tienen dos ramificaciones citoplasmáticas; una de ellas actúa como dendrita y la otra como axón. Las últimas, en tanto, poseen numerosas prolongaciones que actúan como dendritas y un solo axón, el que en ocasiones puede ser ramificado.

Fig. 8.7: Tipos de neuronas. A, neurona uniopolar; B, neurona bipolar; C, neurona multipolar. D, neuronas adendríticas. En rojo las prolongaciones axónicas. Origen de las imágenes: Pannese 2015.

La mayoría de las neuronas de los vertebrados son del tipo multipolar y son clasificadas en neuronas Golgi tipo I y tipo II. Entre las primeras se cuentan las motoneuronas de la sustancia gris de la médula espinal y las neuronas de Purkinje, de la corteza cerebelosa. Las motoneuronas de la médula tienen sus cuerpos y dendritas ubicados en la sustancia gris de este órgano, mientras emiten sus axones a la periferia, para alcanzar a los músculos estriados. Las células de Purkinje, poseen su soma y dendritas en la corteza cerebelosa, pero sus axones se dirigen, profundamente, hacia los núcleos grises ubicados en el interior del mismo. Las neuronas de Golgi tipo II pueden ejemplificarse con las células de Golgi de la corteza cerebelosa y con las pertenecientes a la sustancia reticular del tronco del encéfalo (Pannese 2015). Las neuronas, sin embargo, no siempre poseen axón y dendritas, ya que existen algunos tipos sin estas últimas prolongaciones (Fig. 8.7). Por ejemplo, las ubicadas en los ganglios sensoriales, las neuronas olfatorias y los receptores sensoriales primarios de los invertebrados. En este sentido, debe mencionarse que en varias ocasiones se denominan dendritas a las ramificaciones de ciertas neuronas, lo que es erróneo. La diferencia entre dendritas y axones se debe a que la sinapsis es una estructura asimétrica, donde el lado presináptico (axónico) es diferente en términos moleculares del postsináptico (dendrita). Y ocurre que las - 135 -

prolongaciones de las neuronas bipolares y pseudounipolares poseen características moleculares y estructurales de axones (Pannese 2015)

Las dendritas Estas arborizaciones varían ampliamente en la misma especie, y a lo largo del árbol filogenético, en morfología, biología subcelular y molecular, biofísica así como en las capacidades de conducción e integración, todo lo cual permite especular acerca de sus orígenes y devenir evolutivos (Wang y col. 2016). Estas ramificaciones aumentan notablemente la superficie de contacto de la neurona, facilitan su vinculación con un mayor número y diversidad de axones, y posibilitan un empaquetamiento más eficaz entre las células, aunque no siempre un árbol dendrítico desarrollado va acompañado de una gran cantidad de sinapsis. Si bien la longitud es en general muy escasa, no alcanzando más de uno o dos mm, su grosor inicial es proporcional al del soma y a su cantidad de ramificaciones. Así, las dendritas más ramificadas pertenecen a neuronas de mayor calibre, y son además, más gruesas. Usualmente son los sitios de recepción de estímulos, pero también pueden enviarlos. Las dendritas son de crucial importancia porque la conectividad neuronal depende en primer lugar de su patrón de ramificación, al igual que del axónico, y en segundo lugar de las estructuras sinápticas. En cuanto al patrón de ramificación se definen tres modelos posibles, uno, altamente focalizado, conecta a una neurona exclusivamente con un solo punto de acción mientras en otro caso, completamente opuesto, las dendritas ocupan todo el espacio de ramificación posible. La mayoría de las neuronas, sin embargo se ubican entre ambos extremos. Dada su relevancia, se ha intentado dar una clasificación del patrón de ramificación, pero no siempre se ha llegado a buenos resultados por la gran diversidad de los mismos (Pannese 2015) como puede verse en la que brindan Harris y Spacek (2016), muy interesante y útil, pero que en algunos de los tipos llegan a listar más de 20 subtipos de arborizaciones. Entre dichas clases pueden mencionarse a las neuronas con patrón esférico y a las de patrón en ventilador. Las primeras son las típicas neuronas espinales, estrelladas y que emiten numerosas dendritas en todos los planos y direcciones. Las segundas, en tanto, se ejemplifican muy bien con las células de Purkinje, con una dendrita o unas pocas dendritas que se desarrollan en un solo plano. Las dendritas pueden establecer sinapsis en cualquier punto de su superficie, sin especializaciones evidentes o, por el contrario, pueden presentar estructuras especializadas para establecerlas, las que pueden poseer, por su parte, una disposición y composición subcelular y de sus organelas o de relaciones con la glia específicas para cada clase de estructura sináptica. De todas maneras, una dendrita puede presentar más de un tipo de las mencionadas estructuras sinápticas a la vez, a la par que las mismas pueden variar con el tiempo, o presentar formas - 136 -

intermedias. Con todo, se pueden trazar ciertas generalizaciones, ya que en algunas zonas la regla puede ser que las sinapsis se den sobre la dendrita, sin especializaciones, mientras en otras áreas, ocurre lo contrario. Entre las mencionadas especializaciones se cuentan las espinas sinápticas, que son las más frecuentes (también en invertebrados Wang y col. 2016), pero también pueden mencionarse las varicosidades y crestas sinápticas, entre muchas otras. Las espinas sinápticas se hallan en la mayoría de las terminaciones excitatorias del cerebro y son abultamientos ubicados en la superficie de la membrana. Finalmente, menciónese a los glomérulos, sitios donde un axón sinapsa múltiples veces con dendritas particulares que emiten evaginaciones específicas para tal función (Harris y Spacek 2016). En los párrafos precedentes apenas se esbozó la variabilidad posible encontrada en estas estructuras neuronales, entre las que su posición y función en los circuitos neuronales, su estructura y composición, así como la capacidad de almacenamiento informacional y su programa de desarrollo pueden ayudar a determinar su historia evolutiva. Como fruto de dicha comparación, puede afirmarse como principio general que las neuronas y sus dendritas son más grandes y complejas a medida que aumenta el tamaño absoluto del encéfalo y del animal, más que cuando lo hace la complejidad funcional del sistema nervioso. Así y todo, en general conservan el patrón de ramificación. Por esta razón las neuronas de diferentes especies son reconocibles como pertenecientes al mismo tipo, ya que poseen la misma forma general, cambiando sólo el número de ramificaciones. Este aumento puede verse en los mamíferos, donde el tamaño de algunas neuronas y de los astrocitos es mayor que el encontrado en otros grupos, aunque este fenómeno no siempre se da en forma pareja. Por ejemplo, las células granulares del cerebelo son casi idénticas en tamaño y complejidad a lo largo de todo el filo, aunque, las células de Purkinje, en el mismo órgano, varían ampliamente entre las clases de vertebrados, si bien, como se dijo antes, son fácilmente reconocibles entre un grupo y otro. En ciertos casos, cuando aumenta el volumen corporal entre diferentes especies, se incrementa el número de neuronas a la par que el de las dendritas, como ocurre en los ganglios simpáticos. De todas maneras, ya específicamente en el neocórtex, que es la corteza de sustancia gris del telencéfalo, parece que la cantidad de neuronas por volumen así como el número de sinapsis por cada neurona, varía muy poco entre las especies, lo que implicaría que la arquitectura de las columnas corticales son estables a lo largo de la evolución de los mamíferos. Como sea, pequeños cambios en la cantidad de sinapsis podrían tener efectos muy importantes en la capacidad cognitiva. Se especula que sería una de las diferencias entre humanos y otros primates. Sin embargo, no está claro si dicho aumento en el número de sinapsis se debe a una mayor complejidad neuronal, o simplemente a un mayor tamaño del encéfalo o alguna de sus regiones en particular, en relación al - 137 -

corporal, que ocurriría también en otros animales como chimpancés y cuervos, por ejemplo. Finalmente, entre los primates y al igual que ocurre entre otros animales ocurrió un aumento de ciertas zonas, como el telencéfalo, a lo que se sumó la aparición de nuevas neuronas especializadas. En el caso de los simios antropomorfos las células piramidales del neocórtex habrían dado origen a las células de Betz o Meynert, que estarían relacionadas a la gran habilidad cognitiva de estos animales (Wang y col. 2016).

La sinapsis Como ya fuera adelantado, las sinapsis son un tipo de unión celular especializada en la transferencia del impulso nervioso entre dos células y son, básicamente, eléctricas o químicas, siendo las primeras las más antiguas filogenéticamente (Fig. 8.8). Implican el contacto directo y continuidad física entre dos neuronas, y se las hallan en otras células también, como en los miocitos cardíacos. Las sinapsis químicas constan de la célula presináptica, la hendidura sináptica y la célula postsináptica. La primera presenta el botón sináptico y la zona activa, donde se encuentran vesículas conteniendo neurotransmisores, junto a vesículas adosadas a la membrana y ya listas para liberarse. Estas, al fusionarse a la membrana, expulsan los neurotransmisores a la hendidura sináptica, los que actúan en la segunda neurona, ya sea excitándola o inhibiéndola. Para esto los neurotransmisores se unen a los consiguientes receptores de membrana, los cuales junto a toda la maquinaria necesaria para la recepción de la información es denominada densidad postsináptica. Las sinapsis más frecuentes suelen ser pequeñas, y ubicadas en las espinas dendríticas. Cualquiera sea la sinapsis, la mecánica es la siguiente. El potencial de acción llega al botón sináptico, abre los canales de calcio, que entran en forma masiva a la neurona, si el impulso es suficientemente intenso (por la cantidad de veces que se despolariza la membrana, por ejemplo). El calcio se liga a las vesículas con neurotransmisor que entonces se unen a la membrana plasmática y por exocitosis liberan el neurotransmisor al espacio sináptico. Las sinapsis excitatorias impulsan la apertura de canales para iones sodio que despolarizan la membrana postsináptica, mientras las sinapsis inhibitorias llevan a la entrada de iones cloro, que aumentan la polaridad de dicha membrana, y hace más difícil que esta experimente un potencial de acción. La sumatoria de las múltiples sinapsis en una neurona define, así, si esta continúa un impulso o no. En general las sinapsis son muy similares entre todos los animales (Luo 2016), si bien existen algunas altamente especializadas como las halladas en las fibras musgosas del cerebelo, o en las sinapsis gigantes del cáliz de Held, del tronco encefálico, que permiten un amplio contacto y por lo tanto una veloz interacción. En algunos casos, como para ciertas aminas, no existe una obvia densidad - 138 -

postsináptica donde puedan unirse, y en verdad modulan la respuesta de sinapsis en las que intervienen otros neurotransmisores. Son de esta manera, sustancias neuromoduladoras (como la dopamina, por ejemplo) (Lüscher y Petersen 2013).

Fig. 8.8: Tipos de sinapsis. A, sinapsis eléctrica; B, sinapsis química. Origen de la imagen: Purves y col. 2004.

Existen dos tipos de sinapsis químicas, las simétricas y las asimétricas. Las primeras exhiben una densidad postsináptica mucho menos desarrollada con función inhibitoria, siendo el neurotransmisor el ácido gama-butílico. Sus vesículas son aplanadas. Las segundas presentan grandes vesículas, redondeadas, poseen una densidad postsináptica muy prominente y son generalmente excitatorias conteniendo como neurotransmisor al glutamato. Como sea, en una dendrita dada, y a veces hasta en una especialización particular, pueden coexistir ambos tipos de sinapsis, si bien su número y localización específica varía según la zona (Harris y Spacek 2016). En general sólo se halla un tipo de neurotransmisor primario por cada terminal axónico dado, aunque pueden coexistir neurotransmisores peptídicos y amínicos, los que en verdad son neuromoduladores. Sin embargo esta visión está siendo desafiada desde hace unos años, ya que existen varias neuronas que liberan más de un tipo de neurotransmisor primario, incluso en la misma vesícula (Vaaga y col. 2014).

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Tejido nervioso de vertebrados. Sustancia blanca y gris La sustancia o materia gris y blanca son dos regiones más o menos bien delimitadas y que pueden ser observadas a simple vista en los órganos del sistema nervioso central de los vertebrados. Sin embargo no son órganos diferentes, ni siquiera tejidos diferentes. La sustancia blanca está formada por axones que presentan abundante mielina, la cual le otorga una coloración blancuzca a la zona. La sustancia gris, en oposición, es la región donde se concentran los cuerpos neuronales y sus neuritas amielínicas. La ubicación de ambas regiones es diferente en los distintos componentes del sistema nervioso central. A nivel del telencéfalo, por ejemplo, la sustancia gris se encuentra mayormente por fuera, rodeando a la sustancia blanca y dispersos en la última se hallan los llamados núcleos grises de una importancia fundamental. En cambio, en la médula la sustancia gris se encuentra por dentro y la blanca, por fuera. Como se dijo, la sustancia blanca es el conjunto de axones que discurren por el sistema nervioso, los que suelen agruparse en tractos. Este último término se refiere a un grupo de axones que nace en una región específica y se dirigen a otra en particular, cumpliendo una función determinada. Por ejemplo, conducen las impulsos motores (haz piramidal) o las sensaciones táctiles groseras (haz espinotalámico anterior). Como puede deducirse de lo explicado hasta ahora, todos los haces nerviosos dan origen o son continuación de nervios periféricos particulares. Así por ejemplo, el mencionado haz piramidal, desciende hasta la médula, donde sinapsa con las neuronas locales que dan origen a los nervios motores que inervan la musculatura voluntaria. Obviamente, existen numerosos haces y nervios, cada uno relacionado a sensaciones o acciones en particular. Antes de continuar con la descripción de este tejido, se hará referencia a la ontogenia del sistema nervioso de los vertebrados, porque ayudará a comprender mejor su estructura. Dicho sistema se forma como una invaginación de la zona dorsal embrionaria, el neuroectodermo, y al cerrarse constituye un tubo, el tubo neural, mientras que ciertas células remanentes de esta invaginación, se convierten en las células de la cresta neural. En la zona cefálica del tubo neural se originan cinco vesículas o ensanchamientos, que son desde anterior a posterior, el telencéfalo, el diencéfalo, el mesencéfalo, el metencéfalo y el mielencéfalo (Fig.8.9). Todas en realidad se continúan unas con otras y están conformadas exclusivamente por tejido nervioso, formando en el adulto el encéfalo, compuesto por numerosas regiones, pero que contiene al tan conocido “cerebro” que es en verdad un derivado de varias vesículas. De esta manera, por hiperplasia, hipertrofia y migración celular, las paredes del tubo neural primitivo se engrosan en forma diferencial en cada región. Una vez constituidas las mismas, los axones de las neuronas ubicadas en el tubo neural crecen y se dirigen hacia toda la economía, conformando los nervios. De esta forma, - 140 -

los somas quedan, principalmente en el sistema nervioso central y las neuritas constituyen, esencialmente, el sistema nervioso periférico. Ambas estructuras, somas y neuritas mielinizadas, forman la base para distinguir las dos áreas ya descritas, la sustancia blanca y la sustancia gris. El tubo neural se convierte en la médula espinal, para lo cual no sufre, comparativamente, tantas transformaciones (Rodríguez y col. 2015). Como sea, durante la ontogenia, la región rostral del tubo neural experimenta ciertos crecimientos segmentarios, por lo que cada uno de los mismos se denominan neurómeros.

Fig. 8.9: Desarrollo del sistema nervioso. A, vesículas encefálicas; B, formación del tubo neural; C, diferenciación dorso-ventral. Origen de las imágenes: A, www.dev.biologists.org; B, www.commons.wikimedia.org; C, Butler y Hodos 2005

A la par de la diferenciación anteroposterior, el tubo neural experimenta otra en sentido dorsoventral, gracias a la inducción inicial de la notocorda subyacente que le proporciona las señales apropiadas. De esta manera se regionaliza en cuatro zonas, la placa del piso, la placa basal, la placa alar y la placa del techo (Fig. 8.9). La placa del piso induce la formación de la placa basal, la cual dará origen a neuronas motoras. En tanto, el ectodermo epidermal induce la formación de la placa - 141 -

del techo y ésta la de la placa alar, la que produce exclusivamente neuronas sensitivas. Tanto en la placa basal como en la alar se ubicarán los somas, creciendo las neuritas hacia sus destinos particulares. De esta manera, a nivel de la médula espinal, se identifica claramente la medialuna gris ventral con las neuronas motoras, y la medialuna gris dorsal con las sensitivas y en derredor, los haces nerviosos formados por las neuritas respectivas. En el encéfalo la situación se complica debido a que este crece de manera desmesurada, en relación a la médula, por lo que sufre plegamientos y superposiciones, quedando varias regiones una encima de la otra. Sin embargo, deben citarse dos entidades más: la cresta neural y las placodas neurogénicas. La primera es una zona ubicada entre el ectodermo y el tubo neural de la que se desprenden células que emigran y dan origen a multitud de nuevos tejidos (Fig. 8.9). Las segundas son zonas del ectodermo que originarán a diversas áreas específicas de los sentidos y a sus nervios respectivos (Butler y Hodos 2005) (Fig. 8.10).

Fig. 8.10 Placodas ectodérmicas y cresta neural en la formación de los ganglios sensoriales de los nervios craneales y espinales en el embrión de pollo. A, a los 2 días. B, a los 8 días. La cresta neural se muestra en verde; los placodas se muestran en azul. Origen de la imagen: www.clinicalgate.com/sense-organs/

Durante gran parte del siglo XX se dedicaron ingentes esfuerzos en identificar cada región inervada por los diferentes haces y regiones nerviosas. Para esto, uno de los primeros procedimientos experimentales utilizados fue destruir los cuerpos neuronales de zonas específicas. De esta manera los axones que nacían en tales neuronas morían, y podían diferenciarse en los cortes histológicos como áreas necróticas y además, se asociaban a la pérdida de una función particular. A través de este tipo de experimentos con animales de laboratorio se llegó a conocer en - 142 -

forma detallada las vías por las que entra la información sensorial y se emiten las órdenes motoras. Esta aproximación experimental es el origen de los esquemas donde se observa la llamada sistematización de las vías nerviosas.

La neuroglia de los vertebrados En estos animales, la neuroglia se divide primeramente en neuroglia central y periférica, encontradas en sendas regiones del sistema nervioso. La neuroglia periférica consta de las células de Schwann (Fig. 8.11 y una diversidad de otras células acompañantes con funciones similares, ubicadas en regiones específicas.

Fig. 8.11. Relación entre el axón y la célula de Schwann. Origen de las imágenes: A, www.theclickercenterblog.files.wordpress.com; B, Paniagua y col. 2007.

Las células de Schwann protegen, dan sostén mecánico y nutren a las neuronas que rodean. Siempre cubren a los nervios periféricos, pudiendo o no formar una vaina lipídica envolvente y aislante. También orientan el crecimiento de los nervios en proceso de regeneración. En los vertebrados se originan de las células de la cresta neural. La vaina de mielina se forma cuando el axón de la neurona se incorpora en una depresión en forma de surco de la superficie de la célula de Schwann. Luego esta cubre al axón a manera de un arrollado, para a continuación depositar un material lipoproteico, la mielina, que sirve como aislante eléctrico. De esta forma el impulso nervioso, que es esencialmente un impulso eléctrico, no pierde intensidad y se transmite velozmente. Por oposición los nervios no mielinizados conducen la corriente nerviosa más lentamente, problema al que los invertebrados que casi no presentan mielina dieron solución engrosando la fibra, como se describirá luego.

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La neuroglia central, por su parte, y como ya se dijo, está conformada por cinco tipos celulares, los astrocitos, los oligodendrocitos, las células NG2, las células ependimarias y la microglia (Fig. 8.12).

Fig. 8.12. Células gliales del sistema nervioso central. Origen de la imagen: Reyes-Haro y col. 2014.

Los astrocitos recuerdan a una estrella (de ahí su nombre), pueden ser bastante grandes, y son las células gliales más abundantes, hallándoselas en todo el parénquima encefálico.Se clasifican en astrocitos protoplasmáticos y fibrosos, hallándoselos a los primeros en la sustancia gris, y a los segundos en la sustancia blanca. No forman mielina, pero sus prolongaciones aíslan a los axones y a los vasos sanguíneos, así como a zonas como la hendidura sináptica. De esta manera mantienen separado al medio interno del sistema nervioso central del espacio extracelular, formando parte así de la llamada barrera hematoencefálica. Si esto no sucediera, podría darse una reacción autoinmune. Así, envuelven prácticamente a toda la sinapsis, conformando lo que se dio en llamar sinapsis tripartita, formada por ambas neuronas y los astrocitos. En el cerebelo, por ejemplo, un solo astrocito puede llegar a contactar hasta 6000 sinapsis, lo que permite apreciar su importancia. Son capaces de percibir la actividad sináptica gracias a ciertos receptores, retiran los neurotransmisores de la sinapsis, a los que toman y reciclan, y modulan la actividad sináptica gracias a su capacidad de gliotransmisión. Esta acción queda claramente demostrada en ciertos experimentos con ratones deficientes en la actividad de estas - 144 -

células, donde se percibe la pérdida de la regulación en la motricidad fina. También actúan liberando agentes vasodilatadores sobre el flujo local de la circulación, y gracias a su íntima asociación con los vasos sanguíneos, aumentan el flujo local de sangre. Finalmente actúan durante la cicatrización en las heridas, acumulándose en las zonas heridas. Los oligodendrocitos en cambio, más pequeños, si forman mielina, pero mediante mecanismos diferentes a la neuroglia periférica, ya que no forman vainas de células enteras alrededor del axón, sino que emiten prolongaciones, las que envuelven a varios de dichos axones. En el sistema nervioso periférico, en tanto, la mielina es formada por las células de Schwann, las que sólo se relacionan a un único axón. La neuroglia NG2, un tipo de glia descubierto recientemente, por su parte, puede originar nuevos oligodendrocitos al necesitarse nueva mielinización luego de una herida o por una intensa actividad motriz. Son células eléctricamente sensibles, poseyendo receptores de superficie para varios neurotransmisores y además, pueden establecer sinapsis. Las células ependimarias son escasas, ya que sólo se las se hallan tapizando los ventrículos cerebrales y el conducto medular y limitan el contacto del sistema nervioso con el líquido cefaloraquídeo al que ayudan a moverse gracias a su batido ciliar. Dispersas entre ellas se hallan células radiales que son la fuente de nuevas neuronas para el lóbulo olfatorio en los mamíferos. Durante el desarrollo existe otro tipo de célula glial, la neuroglia radial, que posee largas prolongaciones y polaridad, al estilo de los epitelios, característica sólo compartida por las células ependimarias. Gracias a esto y a su tamaño (con prolongaciones de hasta 7 mm) que puede cubrir todo el espesor del tubo neural, hacen las veces de andamio para la organización de los neuroblastos, las neuronas en formación, lo que se logra debido a que por un lado se vinculan a membrana basal ubicada debajo de las meninges periféricas, que rodean al sistema nervioso, y por el otro a la superficie ventricular del tubo neural. Incluso pueden dividirse sin retraer tales prolongaciones, y en algunas especies de vertebrados diferentes a los mamíferos persisten hasta la etapa adulta, donde son conocidos como tanacitos, los que pueden originar neuronas. Como sea, durante las etapas tempranas del desarrollo generan células gliales y diferentes neuronas (Gotz 2013). La microglia, por tratarse de células de otro origen y con otras funciones, defensivas, se abordará junto al sistema inmunitario.

El tejido nervioso del cerebelo El cerebelo será utilizado como ejemplo para estudiar la morfología de las neuronas. Otra buena razón para abordar la descripción histológica de este órgano, es que posee una citoarquitectura similar, aunque más simple, que el telencéfalo de los mamíferos que presenta seis capas, y mucho más complejas, en lugar de las tres capas halladas en este órgano, que son además más estructuradas. - 145 -

El cerebelo es el encargado de la coordinación motora en todos los vertebrados, por lo que adquiere notable desarrollo en aquellos que presentan un avanzado sistema motriz y movimiento en tres dimensiones o de coordinación muy fina. En él se asientan tres funciones principales: mantenimiento del tono muscular, regulación de la postura y equilibrio y coordinación del movimiento voluntario. Para esto integra información proveniente de la vista, el sentido del equilibrio, el oído y el sistema osteoartromuscular. La estructura histológica del cerebelo de aves y mamíferos es muy similar, si bien a nivel macroscópico existen notables diferencias, y por ejemplo, en ambos grupos se presenta la célula de Purkinje, una neurona de gran tamaño. De hecho, es la neurona más grande del sistema nervioso. Histología del cerebelo de las aves. Este órgano, en las aves, presenta una masa central de sustancia blanca que hace las veces de eje sobre el que se dispone una superficie de sustancia gris. En la primera, situados profundamente, se hallan los núcleos grises, que son los destinatarios de la información aferente. Las capas externas de sustancia gris, en tanto, presentan tres estratos histológicos que son idénticos a los que se encuentran en mamíferos. Así, desde afuera hacia dentro se tiene la capa molecular, la capa de células de Purkinje y la capa granulosa (Zuccolilli y Cambiaggi 2014). Por otro lado, las células halladas en dichas capas son idénticas en todos los vertebrados (Sultan y Glickstein 2007) y aunque en los humanos y otros mamíferos la corteza cerebral presenta, como fuera ya dicho, seis capas de neuronas y el cerebelo sólo tres, este último órgano posee un número de dichas células que sobrepasa por unidad de superficie al primero. Sin embargo, su disposición y red de conexiones son mucho más homogéneas lo que permite un estudio más detallado. En estas tres capas se hallan, además de las notables células de Purkinje, cuatro tipos neuronales más, a saber: células estrelladas, células en cesta, células granulosas y células de Golgi (Fig. 8.13). Las células estrelladas y en cesta ocupan la capa molecular, donde hacen sinapsis con las abundantes dendritas de las células de Purkinje, que forman la segunda capa, monocelular. Estas son notablemente grandes y se ven incluso con el menor aumento del microscopio y se ubican entre la capa molecular, externa, y la granular, interna. Forman así, una única capa entre las otras dos. Presentan una típica estructura neuronal, con forma piramidal, un núcleo muy grande y vesicular y provisto de un nucléolo prominente. Exhiben un ordenado árbol dendrítico, ubicado, como se dijo, en la región molecular, y un axón mielinizado. Tienen acción inhibitoria, como la mayoría de las neuronas de la corteza cerebelosa, salvo las granulares. Sus terminaciones sinapsan con los núcleos grises profundos, cerebelosos o vestibulares. Esto ocurre independientemente de que estos núcleos estén o no claramente diferenciados o se presenten como áreas grises. En la última capa se observan las células granulosas, que son las más numerosas, y también - 146 -

células de Golgi. Ocupan esta zona, también, los glomérulos cerebelosos, que son puntos donde sinapsan numerosos tipos celulares. Finalmente la sustancia blanca de la profundidad no es más que el conjunto de vías nerviosas que llegan (aferentes), que salen (eferentes) o que son propias y quedan en el mismo cerebelo (intrínsecas) (Patestas y Gartner 2007).

Fig. 8.13: Cerebelo de ave. Cg, capa granular; Cm, capa molecular; flechas, células de Purkinje. Origen de las imágenes: www://brainmaps.org

El sistema nervioso de los invertebrados En estos animales el sistema nervioso se halla desde los cnidarios en adelante, ya que los poríferos presentan un tejido neuroide, de características sincitiales, el cual no posee neuronas, aunque el animal puede exhibir cierta coordinación como cerrar sus poros ante situaciones adversas, y es a partir de los platelmintos donde recién puede detectarse claramente un sistema nervioso central. En numerosos animales el mismo es metamérico, poseyendo cada segmento corporal la inervación correspondiente, aunque llamativamente los moluscos presentan un sistema nervioso no segmentado, al igual que el cuerpo de estos animales (Matheson 2002). Como sea, como regla general, el sistema nervioso central se dispone en la región ventral, y suele poseer una o más masas neuronales cefálicas denominadas ganglios (o cerebro), a las que se vinculan una o varias cuerdas nerviosas mediales y, como se dijo, ventrales, las que están formadas por ganglios encadenados uno tras otro. Pueden existir dos cadenas o una sola más o menos fusionada, si bien la tendencia evolutiva es hacia la fusión mediana. Esta fusión se refiere no solo a la unión entre ganglios laterales, sino también a los de - 147 -

segmentos consecutivos, existiendo una gran variedad de situaciones a lo largo de los filos, e incluso dentro de un solo grupo, como en los insectos. Cada ganglio se halla conformado por cuerpos neuronales y se encuentra unido a su par lateral por prolongaciones llamadas comisuras, y a los ganglios anteriores o posteriores por otras llamadas conectores, estando en ambos casos constituidos por axones (Schmidt Rhaesa 2007) (Fig. 8.14).

Fig. 8.14: Sistemas nerviosos de invertebrados. A, poríferos; B, platelmintos; C, anélidos; D, insectos. Origen de la imagen: Matheson 2002

Dado que estos organismos incluyen a más de 30 filos sus sistemas nerviosos son, de lejos, mucho más diversos que lo que pueden hallarse en los vertebrados. Esta divergencia y evolución se dio gracias al aumento en el número de neuronas y de sus tipos así como a la emergencia de tractos nerviosos y de sus ganglios respectivos, juntamente a la aparición de la neuroglia. Esto se refleja en que algunos cerebros pueden tener apenas unos cientos de células (como en los rotíferos) a presentar una masa y complejidad comparable a un vertebrado, como el caso de Octopus (pulpo) con un cerebro de 4,5 kg. Con todo, gracias a la notable simplicidad de algunos de estos sistemas, en el sentido de que existen numerosas neuronas pero con pocos tipos celulares bien definidos (si se las compara con un mamífero), es que se avanzó notablemente en el campo de las neurociencias, ya que se utilizaron como modelo experimental a determinadas neuronas en particular que son especialmente factibles de identificar entre diferentes animales o grupos, o que son tan grandes que pueden ser fácilmente manipuladas. Lo primero se logra caracterizando la morfología, los neurotransmisores y el patrón electrofisiológico particular de una neurona. Además, en cuanto a la morfología, numerosas neuronas de diversos invertebrados son bastante simples debido a que presentan pocas conexiones porque se hallan en cerebros muy pequeños, presentando un árbol dendrítico poco ramificado, como ocurre en los rotíferos, por ejemplo. Lo segundo se logró al poder insertar electrodos intracelulares para medir los cambios de voltaje, por ejemplo. - 148 -

Fig. 8.15: Ganglio ventral de insecto. Origen de la imagen: Carezzano 2004.

Como sea, en una visión generalista, el tejido nervioso de los invertebrados difiere en un aspecto muy significativo del hallado en los vertebrados. Esto es así porque en los ganglios o centros nerviosos centrales de los invertebrados, los cuerpos neuronales se hallan por fuera, y el conjunto de prolongaciones, llamada colectivamente neuropilo, se asientan en la zona central (Fig. 8.15). Como se recordará, esto es exactamente lo inverso a lo visto en los vertebrados, con la sustancia gris rodeada por la blanca (al menos en la médula espinal). Pero además, las sinapsis de los invertebrados se producen en inmediaciones de sus prolongaciones, siempre en el neuropilo, nunca en el soma, como si ocurre en los vertebrados. De esta manera, no existe segregación espacial entre la entrada y la salida de la información (Meinertzhagen 2010). Esto ocurre porque las motoneuronas e interneuronas suelen poseer una única neurita que se divide en una región aferente y una eferente, pero tanto en unas como en otras existen sinapsis que traen información así como sinapsis que la llevan hacia otra neurona. Esto hace que no existan límites claros entre dendritas y axones, en muchos casos, lo que sin embargo puede saberse determinándose la cantidad relativa de cada tipo de sinapsis en las distintas prolongaciones. Además, en ciertas sinapsis de los - 149 -

cnidarios existen vesículas sinápticas en ambos lados de la unión, por lo que las neuronas pueden enviar impulsos o recibirlos en ambas direcciones (Matheson 2002). Por otra parte, en cuanto a la citoarquitectura en sí, en la zona interna del sistema nervioso central se pueden presentar dos formas, una, glomerular, donde las estructuras se repiten, la otra, difusa, donde no se percibe alguna forma de agregación estructural. Otra diferencia notable con los vertebrados, es que las prolongaciones de la mayoría de los invertebrados son amielínicas, aunque si existen fibras mielinizadas en unos cuantos casos (de aparente evolución independiente) como en ciertos crustáceos del tipo de los copépodos (microcrustáceos muy comunes en las charcas), decápodos (cangrejos) y en los poliquetos y oligoquetos. Sin embargo, en los animales cuyas fibras son amielínicas también puede ser necesaria una gran velocidad de conducción, lo que se ha logrado mediante el desarrollo de axones de gran calibre, ya que la velocidad de progreso del impulso nervioso depende proporcionalmente del diámetro de la fibra, por lo que es común hallar entre estos grupos axones gigantes de un gran calibre (Meinertzhagen 2010).

Los ganglios y el cordón nervioso ventral de invertebrados Los ganglios poseen una estructura y organización histológica bastante definida. Los cuerpos neuronales se hallan por afuera, en la corteza, formando grupos que derivan de una célula madre común, mientras que ocupando el cuerpo del ganglio se halla al neurópilo (Fig. 8.15). En este se hallan axones que provienen de neuronas sensitivas y otros que, naciendo de neuronas motoras, emergen para formar luego los nervios respectivos. Se encuentran también los axones que arriban desde el ganglio contralateral, y en muchos casos otros que atraviesan la totalidad de la cuerda nerviosa. Cada neurona motora normalmente origina solo un axón que actúa sobre un único músculo, pero en ocasiones puede dar nacimiento a varios axones para inervar numerosos efectores diferentes. De esta manera se consigue una mayor coordinación entre segmentos vecinos, lo que en general es muy requerido en los artrópodos con apéndices móviles, presentándose una situación contrapuesta en los anélidos, con su segmentación corporal segmentaria y musculatura más homogénea. Este tipo de organización se da tanto en las motoneuronas excitatorias como inhibidoras. En cuanto a las interneuronas, sin embargo, pueden restringir sus neuritas a sólo un segmento o a más de uno. Como podrá inferirse, al recordar la variable fusión hallada entre los ganglios ventrales de los invertebrados, existe una situación equivalente en la estructura histológica al analizar las comisuras y los conectivos. De esta manera, pueden existir ganglios tan fusionados donde los diferentes elementos originales no se distingan como así - 150 -

también otros donde puedan rastrearse claramente los tractos que pasan desde un lado a otro (Matheson 2002).

El cordón nervioso de los artrópodos En estos organismos, la cuerda nerviosa suele ser única, salvo raras excepciones, y está claramente segmentada, aunque frecuentemente los ganglios se fusionan en masas únicas. Los somas son especialmente abundantes en la cara ventral de cada ganglio, desde donde brotan las neuritas primarias, que en el interior del mismo se ramifican en axones y dendritas, donde conforman el neurópilo que está regionalizado, presentando los axones motores en la zona dorsal, y los sensitivos en la ventral. Por otra parte, si bien los ganglios están fusionados, pueden ser individualizados por lo que suelen presentar dos comisuras, una anterior y otra posterior, formadas casi exclusivamente por axones. Las neuronas sensitivas suelen ramificarse y conectarse a más de un ganglio, y sus neuritas suelen agruparse según el tipo de información sensorial que reciben, e incluso están organizadas topográficamente, o sea que un mapa de su localización correspondería aproximadamente a la superficie del cuerpo del animal. El accionar de las motoneuronas, en tanto, suele ser local, siendo que las asentadas en cada ganglio en particular inervan a los músculos segmentarios correspondientes. La situación es algo diferente con los músculos intersegmentarios, pudiendo tocarle a cualquier ganglio de la zona inervar a tales músculos. Por otro lado, al menos en los crustáceos las motoneuronas sinapsan tanto con otras neuronas similares como con interneuronas, además, claro, de su objetivo primordial que es contactar al músculo. En los hexápodos, sin embargo, las motoneuronas presentan menor conectividad y sólo sinapsan con el músculo correspondiente (Loesel y col. 2013).

El cerebro de los invertebrados En este libro se llamará cerebro a la masa nerviosa anterior, medial y dorsal que algunos invertebrados presentan en posición anterior a la boca. Suele discutirse si es un ganglio o un cerebro, lo que refleja en opinión de los autores cierto antropocentrismo. Así, lo que diferencia a ambas estructuras es la posición ya mencionada, la presencia, en el cerebro, de abundante neuropilo destinado a procesar la información sensorial proveniente de la cabeza, y el escaso número de motoneuronas en el mismo. Finalmente en este se hallan los cuerpos pedunculados, los que son bastante ubicuos entre todos estos animales, y que estarían asociados al aprendizaje, al menos en algunos taxones y que es una marca de identidad del cerebro, al menos en los grupos donde este existe, o ha sido identificado sin ambigüedad. Este es, básicamente, el centro coordinador de la conducta, si bien - 151 -

existen muchos movimientos o comportamientos como la puesta de huevos o el movimiento locomotor que pueden efectuarse sin el mismo, y que incluso se aceleran, debido a que el cerebro es en realidad, un centro inhibidor de procesos automáticos conducidos por la cuerda nerviosa (Matheson 2002). En lo que sigue se describirá la estructura de los cuerpos pedunculados, como ejemplo de la estructura histológica de un centro nervioso superior en un invertebrado.

Los cuerpos pedunculados de los artrópodos Los cuerpos pedunculados (Fig. 8.16) fueron descriptos por el biólogo francés Dujardin en 1850, quien además llamó la atención sobre su similitud con ciertas áreas del encéfalo de los vertebrados (Strausfeld y col. 1998). Si bien el parecido de este neurópilo con estructuras similares de tales animales o con otros filos de invertebrados ha sido ampliamente discutido, Wolf y Strausfeld (2015), en un interesante estudio, afirman que los cuerpos pedunculados, o al menos neurópilos similares con funciones implicadas en la memoria y aprendizaje, están ampliamente distribuidos, hallándoselos en animales tan diversos como platelmintos policládidos, nemertinos y la mayoría de los artrópodos. Todo esto sugiere que son regiones neuronales basales, ya presentes en los primeros protostomados. En los artrópodos los cuerpos pedunculados se asientan, junto al neurópilo óptico, el cuerpo central, y la mayoría de las células neurosecretoras en el protocerebro, que es la región más anterior del cerebro, a la que siguen el deuterocerebro y el tritocerebro. Su histología general es la ya presentada para los invertebrados, exhibiendo también cierta regionalización en la corteza y el neurópilo, el último de los cuales suele presentar las neuritas reunidas en paquetes discretos llamados glomérulos. Los cuerpos pedunculados son estructuras pares y las más conspicuas del cerebro de los artrópodos, y entre los insectos su estructura es, salvo algunas excepciones, muy conservada. Actualmente, se considera que intervienen en el aprendizaje, la memoria y la integración sensorial (Loesel y col. 2013). En los insectos, estas estructuras están conformadas por pequeñas neuronas intrínsecas de forma globular llamadas células de Kenyon que se disponen de forma altamente organizada. Dichas neuronas, ubicadas en la zona superficial y dorsal del cerebro proyectan las dendritas de manera horizontal y muy ordenada, conformando el cáliz, mientras hacen lo propio con los axones, que forman colectivamente al pedúnculo. Las dendritas reciben aferencias de diferentes tipos de información sensorial proveniente desde el ganglio subesofágico, así como del deuterocerebro y del tritocerebro. Sin embargo, las aferencias no son exclusivas hacia esta zona, ya que también llegan, junto a cierta acción neuromoduladora, a los axones del pedúnculo, el que está conformado por dos o tres lóbulos, que pueden subdividirse. - 152 -

Así, normalmente existen un lóbulo vertical, uno medial, y a veces, uno frontal. El lóbulo vertical se divide en alfa y alfa prima mientras el medial en beta y gamma, todos los cuales se originan en axones nacientes en las células de Kenyon. Estos axones, finalmente, sinapsan con un rico árbol dendrítico de neuronas eferentes que se proyectan a otras zonas del protocerebro (Strausfeld y col. 1998). Si bien las funciones atribuidas a estas regiones han sido muy variadas, se especula, en base sobretodo a su estructura axonal, que pudieran guardar relación con el cerebelo y órganos semejantes en los vertebrados. Esto es, poseen la marca distintiva consistente en axones densamente empaquetados en forma paralela, proveniente de pequeñas células, como aquellas presentes en la capa molecular del cerebelo. De esta manera, la capa de células de Kenyon equivaldría a la capa granulosa, mientras el pedúnculo, formado por los axones, lo sería a la capa molecular (Farris 2011).

Fig. 8.16. Cuerpos pedunculados de artrópodo. A, ubicación en la cabeza de Drosophila; B, detalle de los lóbulos; C, imagen fluorescente en donde se observan los componentes celulares Origen de las imágenes: A, Perisse y col. 2013; B, www.reserachgate.net; C, www.thecaronlab.com

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La neuroglia y la mielina en los invertebrados En muchos de estos animales existe neuroglia, incluso entre los más basales. Con todo, debido a que estos tejidos, al igual que todos los demás, no dejan rastros fósiles no pudo establecerse aún el origen de sus células. Así, según el estado del conocimiento en la actualidad, es igual de probable que se hayan originado en la misma base del árbol evolutivo animal y por tanto deriven de un tipo celular ancestral, como que hayan evolucionado en forma independiente en los diversos linajes. Otro punto que oscurece la discusión es que no existe una definición clara de estas células. Si bien normalmente se asume como gliales a toda célula no neuronal asociada íntimamente a estas, se excluyen a las meninges de los vertebrados así como a todas aquellas de origen mesodérmico (Hartline 2011). Como sea, para su descripción morfológica, así como para la histología general del sistema nervioso de los invertebrados, aún sirve de mucho la obra de Bullock y Horridge (1968) (Meinertzhagen 2010; Hartline 2011). De tal manera se utilizan criterios morfológicos, citológicos y moleculares para determinar si una célula es glial o no. Entre los primeros se cuentan la ocurrencia de una forma celular entre plana a cuboidal de células que envuelven o cubren a los axones separándolos del fluido circulatorio. Estas células actúan como “relleno” entre los cuerpos y axones, y por tanto sus prolongaciones, que se asocian íntimamente al cuerpo o axón neuronal, suelen exhibir una forma irregular. En algunos casos la neuroglia cubre grupos de axones, pero en caso de presentar estos un gran calibre, suelen asociarse en forma exclusiva a una sola célula glial. Estas capas suelen separar al neurópilo en regiones claramente definidas. En ocasiones la glia no envuelve completamente a la neurita, dejando una zona libre llamada mesaxón y por donde se intercambia fluido con el medio extracelular. En otras situaciones, la glia forma capas discretas, separadas entre sí, con matriz extracelualr entre ellas, pero en ciertas ocasiones esta desaparece, las membranas se vinculan fuertemente y se fusionan, dando origen a una capa de mielina. En resumen, no es seguro que exista glia en los taxones más basales como cnidarios o ctenóforos, pero, como sea, los grupos de animales complejos que interesan en este libro, presentan glia (Hartline 2011). En los invertebrados con grandes axones los mismos están ampliamente cubiertos con glia, no estando clara la razón, si bien esta cubierta impide el cortocicuito de información entre axones vecinos, además de sostener mecánica y tróficamente al axón (Roots y Gould 2007). Como sea, no todos presentan mielina, la que Roots (2008) define en términos funcionales como una capa formada por varias membranas adosadas sobre el axón, al que envuelven y aíslan eléctricamente. Como se vio, no es fácil definir o caracterizar a estas células, o si son homólogas o no entre todos los filos. Por otra parte, es posible observar un aumento en el número de células gliales mientras lo hace la complejidad del sistema nervioso. - 154 -

Así en Drosófila se calcula en un 10% el número de dichas células respecto al de todas las células nerviosas, mientras en mamíferos se cree que existe un número similar de neuronas y células gliales. Normalmente se considera a una célula como parte de la neuroglia si está íntimamente asociada a las neuronas, si las separa de los tejidos de origen mesodérmico, y si se originan, por su parte, del ectodermo. También deben compartir ciertos mecanismos de desarrollo comunes, como algunos genes específicos. Este programa de desarrollo más varias coincidencias moleculares hace pensar en que podrían ser homólogas entre todos los filos. Es llamativa por ejemplo la coincidencia y homología entre algunas proteínas de las uniones septadas del sistema nervioso de Drosófila y de mamíferos. Lo mismo ocurre con numerosas proteínas implicadas en la función de mantenimiento del ambiente sináptico de los astrocitos de los mamíferos y la glia de Drosófila, como aquellas envueltas en proveer a la neurona de los metabolitos necesarios para la síntesis de los neurotransmisores, o en tomar estos últimos para evitar su acumulación. Sin embargo, la capa de mielina parece ser una innovación de los vertebrados, teniendo la hallada en invertebrados un origen independiente. La microglia de los vertebrados, por su parte, son macrófagos que se asientan en el sistema nervioso y cumplen funciones defensivas, y son de origen mesodérmico, mientras en Drosófila, por ejemplo, estas funciones las efectúa la neuroglia en si misma (Klämbt 2013).

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