Capítulo 30. Los tejidos, órganos y sistemas de los vertebrados

Homo sapiens, un vertebrado mamífero

1. El ser humano es un vertebrado, cuyo endoesqueleto óseo y articulado sostiene el cuerpo y crece con él. Tiene un cordón nervioso dorsal, rodeado por segmentos óseos (vértebras). El cerebro está rodeado por un cráneo que le brinda protección. El cuerpo posee un celoma que se divide a medida que avanza el desarrollo. En el adulto, el celoma queda internamente separado en compartimientos; los de mayor tamaño son las cavidades torácica y abdominal. Estas cavidades están separadas una de otra por un músculo con forma de bóveda: el diafragma. La cavidad torácica contiene al corazón, los pulmones y al esófago; la cavidad abdominal, al estómago, los intestinos y al hígado. Otra característica del ser humano es que, como en el resto de los mamíferos, las crías son amamantadas y su aprendizaje es estimulado por un largo período de cuidado proporcionado por los padres. Los mamíferos son termorreguladores, tienen pelos y sistemas sensoriales y motores altamente desarrollados.

De unicelulares a multicelulares: células y tejidos

2. La especialización celular surge por un proceso de diferenciación que produce cambios en la forma y la fisiología. Las células se asocian en tejidos; los tejidos forman órganos y éstos integran sistemas que llevan a cabo funciones complejas. El cuerpo humano presenta unos 200 tipos de células diferentes, que forman parte de cuatro tipos de tejidos: epitelial, conjuntivo, muscular y nervioso.

Fig. 30-3. Organización jerárquica de las células en tejidos, órganos y sistemas

El corazón es un órgano constituido por células agrupadas en diversos tejidos: epitelial, conjuntivo, nervioso y muscular. A su vez, forma parte de un sistema, el sistema circulatorio.

3. La matriz extracelular es el conjunto de materiales localizados fuera de las células. Desempeña un papel muy importante en la organización y la función de los tejidos y los órganos. Es producida y secretada por las células que rodea; también atrae y atrapa sustancias de la sangre. Sus componentes principales son las proteínas fibrosas y la sustancia fundamental, que brindan sostén y protección a las células y les permiten intercambiar sustancias con la sangre. Existen diferentes tipos de matrices que caracterizan a los distintos tipos de tejidos y determinan compartimientos con microambientes funcionales. Durante el desarrollo embrionario, las interacciones entre las células y la matriz intervienen en la regulación de procesos como la diferenciación celular y la morfogénesis. En los tejidos adultos, las interacciones se manifiestan en cambios fenotípicos que contribuyen al mantenimiento de la homeostasis tisular.

4. Las células que forman los tejidos se mantienen unidas entre sí y con la matriz extracelular por medio de tres tipos de uniones: las uniones estrechas, las de anclaje y las comunicantes.

5. El tejido epitelial reviste el cuerpo, sus cavidades y el interior y/o exterior de los órganos. Tiene una gran densidad de células y escasa matriz extracelular. Todo lo que entra en el cuerpo e interviene en su metabolismo debe atravesar las células epiteliales, ya que éstas poseen uniones intercelulares estrechas que impiden el tránsito entre ellas. La forma de las células (cuboides, cilíndricas o aplanadas) y la cantidad de capas en que se agrupan determinan el tipo de tejido epitelial resultante. La forma de cada epitelio está en estrecha relación con su función, que puede ser de protección o secretora.

6. La piel es el órgano más grande del cuerpo. Está formada por tejido epitelial (epidermis) y tejido conjuntivo (dermis). La epidermis es la primera barrera de protección contra los microorganismos, la radiación ultravioleta y la pérdida de agua y de compuestos químicos. Actúa como una barrera que contribuye a mantener constante el medio interno. Tiene funciones sensoriales y excretoras a través de las terminaciones nerviosas y las glándulas sudoríparas, respectivamente.

Fig. 30-7. La piel

La piel humana está formada por la epidermis y la dermis, que se asientan sobre una capa de grasa subcutánea. La epidermis consta de un epitelio estratificado con una capa interna de células epiteliales vivas y una capa externa de células muertas ricas en queratina. En la epidermis se produce un recambio permanente: las células producidas en la capa interna migran hacia la superficie y mueren. En la base de la epidermis hay melanocitos, células que producen melanina, el pigmento responsable del color de la piel. La dermis, constituida mayormente por tejido conjuntivo, contiene terminaciones nerviosas sensoriales, pequeños vasos sanguíneos –los capilares–, músculos lisos denominados erectores que elevan el pelo cuando se contraen y glándulas sudoríparas y sebáceas, formadas por células epiteliales modificadas. Las glándulas sudoríparas secretan agua e iones y desechos metabólicos y las sebáceas secretan sustancias grasas que lubrican la superficie de la piel. El tejido graso o adiposo, que constituye la capa aislante por debajo de la dermis, también es una forma de tejido conjuntivo.

7. El tejido conjuntivo reúne, da apoyo y protege a los otros tipos de tejidos. También tiene funciones metabólicas, por ejemplo, el almacenamiento de grasas como nutrientes de reserva o para aislamiento térmico. Tiene abundante matriz extracelular, que puede ser líquida (sangre, linfa, hemolinfa) o sólida (cartílago, hueso). Si la matriz es sólida, el tipo de fibras y su impregnación o no con sales minerales determinan las características del tejido. El tejido conectivo propiamente dicho llena los espacios entre los tejidos y los órganos, es laxo y pobre en fibras colágenas. El tejido conjuntivo denso tiene una gran cantidad de fibras colágenas y forma tendones, ligamentos y tejidos conjuntivos con propiedades especiales, como el cartílago y el hueso.

8. El tejido cartilaginoso posee células propias (condrocitos). Es resistente pero flexible y constituye el esqueleto de diversos animales o de sus embriones. En el tejido óseo posee tres tipos de células asociadas: los osteoblastos (originan osteocitos y secretan la matriz ósea), los osteocitos (células óseas maduras ubicadas en lagunas, rodeadas por la matriz ósea que ellos mismos secretan y degradan) y los osteoclastos (células multinucleadas fagocíticas, derivadas de la médula ósea) que reabsorben el tejido óseo.

9. El tejido muscular contiene células especializadas en la contracción y existe en dos formas: estriado y liso. Los músculos estriados son los responsables del movimiento del esqueleto y forman la pared del corazón; los músculos lisos forman la pared de los órganos internos. La contracción de las células musculares depende de la interacción de la actina y la miosina. Estas dos proteínas forman las miofibrillas contenidas en el citoplasma celular. En los músculos esquelético y cardíaco, estas proteínas están dispuestas en ensambles regulares, repetidos, que producen las estriaciones características. El músculo liso se contrae con más lentitud que el músculo estriado esquelético y sus contracciones son más prolongadas. El músculo esquelético se contrae a voluntad; el liso y el cardíaco, involuntariamente.

Fig. 30-11. El músculo estriado

(a) Los músculos unidos al hueso mueven el esqueleto interno de los vertebrados. Con frecuencia, trabajan en pares antagónicos: uno flexionando o curvando la articulación y el otro extendiéndola o enderezándola. Cuando uno se relaja, el otro se contrae. Dos grupos antagónicos pueden, también, contraerse juntos, lo cual estabiliza una articulación. Esta acción muscular nos permite a los seres humanos, y a muchos otros organismos, permanecer erectos. Los músculos no pueden alargarse espontáneamente; lo hacen sólo cuando la articulación se mueve en dirección opuesta, debido a la contracción de los músculos antagónicos. Por ejemplo, cuando se mueve la mano hacia el hombro, como se muestra aquí, el bíceps se contrae y el tríceps se relaja. Cuando se baja la mano, el tríceps se contrae y el bíceps se relaja. Los músculos que mueven el esqueleto –los músculos esqueléticos– son estriados, como se muestra en la figura 30-­10a. (b) Músculos del cuerpo humano en vista anterior y posterior.

10. La neurona es la unidad funcional del tejido nervioso. Es una célula especializada en la recepción de señales de los ambientes externo e interno, la integración de las señales recibidas y la transmisión de la información integrada a otras neuronas, músculos o glándulas. Las neuronas están acompañadas por las células de la glía, imprescindibles para su funcionamiento correcto. Una neurona típica tiene un cuerpo celular -que contiene el núcleo y la mayor parte de la maquinaria metabólica de la célula-, dendritas -extensiones citoplasmáticas numerosas, cortas y filiformes que junto con el cuerpo celular reciben los estímulos de otras células- y un axón que conduce el impulso nervioso a grandes distancias. Los axones constituyen las fibras nerviosas. Todas las neuronas forman conexiones con otras neuronas (sinapsis). Los nervios son haces de axones pertenecientes a muchas neuronas.

Los órganos y sistemas de órganos

11. En un nivel de organización superior al de tejido, diferentes tipos de tejidos, unidos estructuralmente y coordinados en sus actividades, forman órganos. Los órganos que trabajan juntos en forma integrada, y desempeñan una función particular, constituyen un nivel de organización superior: los sistemas. Los sistemas de órganos, en conjunto, constituyen un organismo viviente que interactúa con el ambiente externo (biótico y abiótico).

Fig. 30-13. Los principales sistemas del cuerpo humano