¿Qué son los estímulos y su clasificación?
Los factores ambientales que actúan sobre las membranas celulares y provocan la respuesta del organismo se denominan estímulos. En fisiología normal, se suelen dividir en cinco categorías principales:
- Físicos. Incluyen el impacto mecánico, los cambios de temperatura, la corriente eléctrica y otros fenómenos físicos.
- Químicos. Comprenden la acción de diversas sustancias químicas: ácidos, álcalis, sales, así como reguladores endógenos (hormonas y neurotransmisores).
- Físico-químicos. Están relacionados con cambios en los parámetros básicos del medio, como la presión osmótica, la composición iónica y el potencial de hidrógeno (pH).
- Biológicos. El impacto de otros organismos vivos, predominantemente microorganismos (bacterias, virus).
- Informativos. Una clase especial de estímulos que, además de su naturaleza físico-química, poseen un contenido semántico determinado. Se deben a procesos fisiológicos e interacciones sociales (por ejemplo, estados emocionales, gritos de alarma o llamadas en animales, el lenguaje humano).
Irritabilidad inespecífica (desencadenante)
La respuesta del organismo comienza con un cambio en la estructura de los componentes de la membrana celular. Se distinguen dos tipos principales de irritabilidad. El primero de ellos es la inespecífica.
La irritabilidad inespecífica no depende en absoluto de la naturaleza del agente externo actuante. El papel principal en la formación de la respuesta lo desempeñan los procesos internos que ocurren en el objeto vivo (principalmente en sus membranas).
El estímulo externo cumple únicamente la función de mecanismo de disparo. En fisiología, este proceso se compara a menudo con apretar el gatillo de un arma (de ahí su nombre: trigger, que en inglés significa «gatillo»). Bajo la acción del estímulo, las moléculas de la membrana celular alcanzan gradualmente un estado determinado, tras lo cual se desencadena automáticamente la respuesta estándar de la célula.
Irritabilidad específica (selectiva)
La irritabilidad específica se manifiesta principalmente en respuesta a la acción de sustancias biológicamente activas (incluidos los medicamentos). Su mecanismo es considerablemente más complejo y estrictamente selectivo.
La ejecución de una respuesta específica comprende varios componentes clave:
- Zonas receptoras. En ciertas regiones de la membrana celular se encuentran moléculas proteicas especiales: los receptores moleculares. Estos interactúan con las sustancias químicas mediante un estricto principio espacial de «llave-cerradura».
- Ligandos. Son sustancias químicas capaces de unirse específicamente al receptor. La formación del complejo receptor-ligando desencadena una cascada de reacciones bioquímicas en la propia membrana y en el protoplasma celular.
- Canales iónicos. La selectividad también depende en gran medida de los parámetros físicos de los canales iónicos proteicos de la membrana. Su diámetro es tal que solo moléculas de un tamaño estrictamente determinado pueden atravesar los poros.
El resultado de esta compleja interacción es la acumulación de cambios moleculares en las membranas. Tan pronto como estos cambios alcanzan un nivel crítico, el objeto vivo produce una respuesta específica al estímulo.
Desarrollo evolutivo de la propiedad
Desde el punto de vista filogenético, la irritabilidad es la manifestación más primaria y fundamental de la relación de cualquier ser vivo con la acción de los factores ambientales. Esta propiedad es inherente a todas las células vivas sin excepción.
Durante el largo proceso evolutivo, se produjo la especialización de los tejidos. Como resultado, la irritabilidad básica se transformó en una propiedad nueva y de mayor organización: la excitabilidad. En el organismo humano y en los animales superiores, la excitabilidad es una característica de los tejidos especializados: el nervioso y el muscular.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuáles son las leyes de estimulación de los tejidos excitables?
Existen las siguientes leyes de estimulación de los tejidos excitables, que determinan los parámetros del estímulo necesarios para que surja una excitación propagada:
- Ley del «todo o nada» (de Bowditch): los estímulos umbrales no provocan respuesta, mientras que los estímulos umbrales o supraumbrales generan la respuesta máxima.
- Ley de la fuerza: cuanto mayor es la intensidad del estímulo, mayor es la respuesta, hasta un cierto límite.
- Ley de la duración de la estimulación: cuanto más prolongada es la estimulación, mayor es la respuesta del objeto, hasta un límite conocido.
- Ley de fuerza-tiempo: existe una relación inversa entre la intensidad y la duración del impulso estimulante; cuanto menor es el tiempo de acción del estímulo, mayor debe ser su intensidad para provocar la excitación.
- Ley del gradiente de estimulación (de acomodación) de Du Bois-Reymond: la respuesta depende de la velocidad con la que aumenta la intensidad del estímulo.
- Ley de la acción polar de la corriente: la excitación surge bajo el cátodo al cerrar el circuito y bajo el ánodo al abrirlo.
- Ley del electrotono fisiológico: incluye el catelectrotono y el anelectrotono.
¿Cómo están estructurados los canales iónicos proteicos de la membrana celular?
Los canales iónicos están formados por proteínas integrales de membrana en forma de tubo con un diámetro de 0,5÷0,7 nm. La estructura de un canal específico con puerta típico incluye:
- Boca: la entrada al canal.
- Filtro selectivo: un estrechamiento que determina la selectividad (permite el paso del ion si su diámetro coincide con el del filtro).
- Puerta: proyecciones de la molécula proteica que regulan la permeabilidad del canal.
- Mecanismo de control de la puerta: asegura la apertura de la puerta bajo la acción del potencial de membrana, ligandos o la deformación de la membrana.
Además de los canales con puerta, existen canales sin puerta (canales de fuga), que están siempre abiertos y carecen de mecanismos de compuerta.
¿Cuáles son las fases del potencial de acción durante la excitación celular?
El potencial de acción durante la excitación celular incluye las siguientes fases:
- Preespiga (respuesta local): despolarización parcial lenta; el mecanismo está relacionado con la apertura gradual de poros para el Na⁺ y la entrada de Na⁺ a la célula.
- Espiga (pico).
- Potencial postsináptico negativo (despolarización posterior).
- Potencial postsináptico positivo (hiperpolarización posterior): fenómeno de polarización aumentada; mecanismos: salida incrementada de K⁺ al exterior, a veces entrada de Cl⁻ a la célula.
Para recordar los 5 tipos de estímulos, utilice la frase: «Físicos, Químicos, Físico-químicos, Biológicos, Informativos».
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué se diferencia la irritabilidad de la excitabilidad?
La irritabilidad es la propiedad universal y primaria de todas las células vivas para reaccionar ante el medio. La excitabilidad es una forma de irritabilidad evolutivamente avanzada que es característica únicamente de los tejidos especializados (nervioso y muscular).
¿Qué significa el principio de «llave-cerradura» en las membranas?
Es el principio de funcionamiento de la irritabilidad específica, en el cual una sustancia química (ligando) coincide espacialmente de manera perfecta con la estructura del receptor proteico en la membrana, al igual que una llave encaja en una cerradura.
¿Por qué la irritabilidad inespecífica se denomina desencadenante?
Porque el estímulo externo actúa únicamente como un «gatillo» (trigger). Este solo desencadena los procesos internos en la célula, y la naturaleza de la respuesta no depende de la calidad de dicho estímulo externo.
Qué más repasar sobre el tema
- Dinámica de los cambios moleculares en la irritabilidad desencadenante
- Tipos y estructura de los receptores moleculares de membrana
- Principios de funcionamiento de los canales iónicos proteicos
- Estímulos informativos: influencia de las emociones y el habla en la fisiología
- Diferencias entre tejidos excitables y no excitables
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Otros temas de la sección «Propiedades generales, p. 13-16»
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