sistema nervioso de insectos estructura y función centro de investigaciones en plagas e...
Post on 22-Apr-2015
8 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Sistema Nervioso de Insectos
Estructura y función
Centro de Investigaciones en Plagas e Insecticidas CITEFA-CONICET
Gastón Mougabure Cueto
Sistema nervioso Estructura Básica en invertebrados
Evolución directamente relacionada al desarrollo de simetría bilateral y cefalización (formación región cefálica).
Concentración de neuronas en ganglios y centralización de estos: sistema nervioso central.
En adición, la mayoría de los órganos de los sentidos fueron concentrados tb en el extremo anterior
Masa neuronal compleja en el extremo anterior, el ganglio cerebral, del cual se originan una o dos cuerdas nerviosas ventrales longitudinales con varios ganglios.
En invertebrados segmentados, cada segmento uno ó
dos ganglios (funciones de ese segmento y uno o mas
adyacentes).
Los ganglios están unidos por conectivos.
Anatomía interna de un insecto
Células del SN de insectos
• Neuronas: sensoriales, motoras e interneuronas
• C. neurosecretoras
• C. Gliales
Neuronas
• Según Golgi Tipo 1 con axones
Tipo 2 sin axones
Monopolares (Motoneuronas)Bipolares (sensoriales, intern.)Multipolares (sensoriales, intern)
(Interneuronas)
• Neurona tipo 1 típica
Soma: núcleo, mitocondrias, organelas.
Procesos o brazos:• Dendritas (una o mas: conducen actividad eléctrica al
soma.
• Axón: propagación de PAs hacia el terminal,.5um ( 60um axones gigantes)
Cono axónico: formación de potenciales de acción
Terminal sináptico
En insectos, a veces difícil distinción entre dendritas y axones (a veces “input” y “output” sobre el mismo proceso): NEURITA para brazos o procesos (indep. de dirección de estímulo)
Típicamente: una neurona, contacta varias células postsinápticas y varias células presinápticas
• Neuronas Aferentes o Sensoriales
Impulsos nerviosos hacia el SNC
Distinción entre vertebrados e insectos, localización del soma:
Insectos, cerca del sitio de detección del estímulo, dendritas cortas y axones largos. Excepción neuronas ocelares.
Vertebrados: en cadena ganglionar paravertebral, dendritas largas y axones cortos
• Neuronas Eferentes o MotorasControl sobre músculos, principalmente del mismo segmento
Axones salen del mismo ganglio por nervios laterales o por conectivos a otro ganglio .
Nro de motoneuronas es bajo con respecto a las demás células nerviosas
• Interneuronas (neuronas de asociación o internunciales)
Localizadas enteramente dentro del ganglio o envían axones a otros ganglios.Somas: periferia del ganglio.
Interneuronas locales Interneuronas intersegmentales
Conexiones sinápticas con: otras interneuronas, N. aferentes y N. eferentes.
Coordinan comunicación entre sensorial y motor dentro del SNC, amplio arreglo de neuritas generando muchas
conexiones sinápticas (existe tb conexión directa entre sensoriales y motoras, pero menos)
En general en insectos, axones y somas pequeños. Axones 5 m o menos (diámetro). En algunas especies: Axones Gigantes (12 – 60 m ).
Sinapsis eléctricas + Gran diámetro
Rápida conducción delImpulso nervioso
Periplaneta americana, tracto cerco – músculos de patas:
Los nervios cercales sinapsis química con neuronas del 6to glio abdominal, de
allí por la cadena ventral con sinapsis eléctricas hasta hacer sinapsis química
con motoneuronas de músuculos de patas en el tórax.
Corren a través de la cadena ganglionar, sinapsis eléctrica.
=
Células NeurosecretorasCélulas nerviosas que producen mensajeros químicos que liberan a la circulación
(neurohormona)
Producen Potenciales de acción.
Terminan agrupadas en un lecho de capilares formando un órgano neurohemal, donde laneurohormona es acumulada y luego, liberada a la circulación.
Neurosecreción, en general péptidos, Ejemplo: PTTH (hormona protoracicotrófica), AKH hormona adipokinética),
Se encuentran en todos lo ganglios y en el cerebro.
capilar
Células Glia
• Mayor número que neuronas.
• Intimo contacto con neuronas. Envuelven somas, axones y dendritas (no es considerada mielina, insectos sin conducción saltatoria y sin nódulos de Ranvier).
• Típicamente varios axones pueden ser envueltos por una célula glial. La envoltura puede ser una capa o varias capas.
• Proyecciones que se invaginan en los somas de neuronas (facilitan el pasaje de nutrientes)
• Uniones sinápticas están libres de glia.
Funciones:• Soporte estructural y nutricional• Protección de la influencia iónica y química externa • Importante en el desarrollo del SNC• Guía p/crecimiento de procesos neuronales dañados
Múltiples capas, ayudan a conformar la barrera hemato-encefálica
Ganglios y Nervios
Ganglios
Neuropilo central, axones (aferentes, eferentes, y de interneuronas). Es el lugar donde ocurren las sinapsis (no hay sinapsis fuera de neuropilos, excepto placa neuromotora).
Periferico y adyacente al neuropilo, somas de motoneuronas e interneuronas y C. Gliales en arreglo mas o menos concéntrico.
Perineurium (células perineurales)
Neurolema (capa acelular, secretada principalmente por C. perineurales).
Centro
Perfieria
Neuronas se agregan en ganglios (somas, dendritas y axones) y nervios (sólo axones)
Barrera hemato-encefálica
En la interfase hemolinfa-tejido nervioso. Protege SNC y grandes nervios periféricos del contacto directo con la hemolinfa (regulación del ambiente iónico, etc).
• Capa acelular: Neurolema o lamela neural (proteínas fibrosas tipo colágeno y GAGs). No ofrece resistencia a la difusión de materiales desde hemolinfa, provee soporte mecánico al SNC.
• Capa celular: Perineurium (células perineurales). Protección y nutrición (acumulan nutrientes de la hemolinfa y los aporta a C. gliales y neuronas). Es la mayor barrera. Algunos autores, Wigglesworth, Gillot y Chapman, las clasifican como Glia.
• También, según los autores, las células gliales forman parte de la barrera hemato-encefálica.
• En algunas especies existe una cubierta grasa externa al neurolema.
7-15um
Estructura SN de Insectos
• Sistema nervioso centralCerebro
Cordón nervioso y ganglios ventrales
• Nervios periféricos
• Sistema nervioso visceral
S. N. estomatogástrico
S. N. ventral impar
S. simpático caudal
Sistema nervioso central• Ganglios únicos medio-ventrales (fusión de dos ganglios por segmento).• Conectivos pares uniendo los ganglios. • Ancestralmente (insectos), un ganglio medial en cada segmento. Todas las spp
actuales presentan fusión de ganglios de distintos segmentos.
CerebroDerivado de fusión de algunos ganglios segmentales (3 ó 4 ?) y un ganglio presegmental.
Protocerebro
Deuterocerebro
Tritocerebro
3 masas ganglionares
• Protocerebro Mayor centro integrativo.
Lóbulos ópticos 3 neuropilosInformación de ojos compuestos
Corpora pedunculataTamaño relacionado a complejidad del comportamiento
Complejo central3 neuropilos
Pars Intercerebralis
Aprendizaje olfativo (“input” de lóbulo antenal). En abejas tb visual
Se modifica con edad y experiencia
Patrones comportamentales complejos (sociabilidad)
Coord. Act. motora segmental (?)
Recibe “input” de L. Óptico
Comunicación e integración entre izq. y der.
Células ocelares (n. ocelar)
Células neurosecretoras
• Deutocerebro 2 masas discretas, una a cada lado del cerebro.
Hay 2 regiones en cada masa ganglionar:
Lobulo antenal
Centro mecanosensorial y motor antenal
Cada glomerulus, grupo de axones relacionados con la identificación de un particular olor (feromonas sexuales, etc)
Recibe información de mecanorreceptores de la antena
Envía axones motores a músculos antenales y labro
Recibe información de quimiorreceptores de la antena y de piezas bucales
Axones de células receptoras terminan en estructuras discretas llamados glomeruli (característica común con verteb). Cada axón a un sólo glomerulus.
• Tritocerebro
Axones motores y sensoriales a/desde labro y faringe.
Inerva S.N. Stomatogástrico
Unido al ganglio subesofágico
• Ganglio Subesofágico (primer ganglio de la cadena ventral)
Masa ganglionar compuesta ventral en la cabeza. Fusión de glios. mandibular, maxilar y labial.
Neuronas motoras y sensoriales a piezas bucales, glándulas salivales y cuello.
Control (no inicio) de actividad motora somática y visceral (caminado, vuelo, respiración) (parecido a bulbo raquídeo en vertebrado)
Ganglios torácicos: Pro, meso y metatorácicos separados (condición ancestral)Frecuente fusión Ej: Meso, meta y glios. abdominales juntos.
Ganglios abdominales: Nro ancestral 12. Máximo número actual 8 Machilis spp.Ganglio abdominal terminal en general compuesto (fusión de los últimos 4 seg.).Mas chicos que los torácicos y con menos nervios periféricos.
Cada ganglio inerva musculatura, glándulas y órganos sensoriales del segmento correspondiente. Músculos de un segmento también pueden ser inervados por axones de segmentos vecinos.
Ganglios y nervios conectivos, 3 divisiones anatómicas y funcionales
Neuropilo dorsal motor
Neuropilo medio integrativo
Neuropilo ventral sensorial
• Ganglios ventrales (resto) y nervios periféricos
Nervios Periféricos: Variable número por ganglio. Generalmente Mixtos (motores y sensoriales), hay excepciones: nervio ocelar sólo sensorial.
Sistema nervioso visceral
Sistema nervioso estomatogástricoControl de intestino anterior Varios ganglios (frontal, fipocerebral, ingluvial)
Sistema impar ventral: De cada ganglio tx y abd e inerva espiráculos
Sistema nervioso caudal simpático:Nervios del ganglio terminal que inervan intestino posterior yórganos sexuales. Dificll de diferenciar de nervios laterales comunes
Clásica clasificación que no se usa mucho, Sus funciones son incluidas en funciones de ganglios ventrales y nervios per.
Fisiología Fisiología de neuronas de insectos, concuerdan con tempranos
trabajos en Moluscos y Crustáceos (Huxley, Hodgkin, Eccles y otros, 1930s).
Funcionamiento bioquímico y fisiológico evolucionó tempranamente en metazoa
Células excitables, tienen membranas celulares excitables
C. Nerviosas
C. Musculares
C. sensoriales
Pero todas las membranas (sean excitables o no) tiene propiedades eléctricas, son conductoras de electricidad, entonces…
Propagación pasiva (electrotónica), poca distancia.
Depende de capacitancia, de resistencia del medio interno y de resistencia de la membrana.(propiedades de cable de una célula cilíndrica o un axón)
Dos adaptaciones que permitieron mayor velocidad de conducción (“aprovechando” las propiedades de cable de los axones):
a) Axones con grandes diámetros (disminuye la resistencia interna) (Invertebrados y teleósteos)
b) Mayor aislamiento de axones. Mielina (aumenta la resistencia de “membrana”) (vertebrados)
Ambas aumentan la cte de longitud del axón.
Comunicación entre neuronas
Sinapsis químicaTodas ocurren en el neuropiloHay excitatorias e Inhibitorias
Axón - Axón
Axón - Dendrita
Axón - Soma (no ocurren en insectos)
Eventos principales :
• PAs llega al terminal sináptico de célula presináptica y activa canales de calcio dependientes de voltaje• Entra calcio a la célula y promueve la fusión de vesículas sinápticas (contienen los neurotransmisores) con la membrana celular (el calcio aumenta la probabilidad de esta fusión)• Liberación de neurotransmisor por exocitosis• El NT difunde por el espacio sináptico (aprox 20 nm) y se une a su receptor en la membrana de la célula postsináptica (que es un canal iónico regulado por ligando o está asociado de alguna manera a un canal iónico).• Apertura de canales iónicos en C. postsináptica, generación de potencial postsináptico (graduado) excitatorio o inhibitorio.• Degradación (Acetilcolinesterasa, MAO, etc) o recaptación (por la C. presinàptica ó C. gliales) del neurotransmisor, asegura la finalización del mensaje.• El pot. postsináptico se propaga electrotónicamente hasta la zona de iniciación de PAs, aquí generalmente ocurre sumación espacial y/o temporal de pot postsinápticos..
Mensajeros químicos de neuronas en insectos
Mayores clases según su estructura química:
• Acetilcolina
• Aminas biogénicas: dopamina, octopamina, serotonina, histamina.
• Aminoácidos
• Péptidos
Clases según su función:
• Neurotransmisores: liberado al espacio sináptico; efecto transitorio (degradación o recaptación)
• Neuromodulares: liberados en la vecindad de sinapsis modulándola (altera la interacción sináptica); efecto mas duradero (no degradación ni recaptación).
• Neurohormonas: liberados a la hemolinfa desde órganos neurohemales; función de hormonas (mayormente péptidos)
Acetilcolina - Sodio y Potasio. Solo SNC. Excitatorio
GABA - Cloruro. SNC y SNP. Músculo. Inhibitorio
Glutamato y Aspartato - Cationes. Músculo. Excitatorio.
Glutamato-Cloruro. SNC y músculo. Inhibitorio.
Glicina – Cloruro. Inhibitorio.
Octopamina, segundos mensajeros. SNC y SNP. Excitatorio.
Algunos neurotransmisores de insectos
Sinápsis eléctrica
Mayor velocidad Comunicación eléctrica entre células. Uniones comunicantes (Gap junctions)
En axones gigantes
Toxicología de Insectos
Centro de Investigaciones en Plagas e Insecticidas CITEFA-CONICET
Gastón Mougabure Cueto
Interacción tóxico-insecto
• Absorción ó Penetración• Distribución• Biotransformación ó Metabolismo• Excreción
• Interacción molecular con el sitio de
acción específico
ToxicocinéticaDetermina la concentración de
activo en el sitio de acción en
el tejido blanco
Toxicodinamia
El efecto biológico de un tóxico resulta de la interacción de aquel compuesto con particulares moléculas presentes en la estructura biológica (el sitio de acción o receptor)
Absorción
A través del tegumento Cutícula
Recubre todo el cuerpo e invaginaciones ectodérmicas (intestino ant y post, tráqueas, traqueolas y algunas glándulas)
La absorción depende de:
• Polaridad• Viscosidad• Solvente y formulación
También puede ocurrir por:• S. Respiratorio• Epitelio intestinal
DistribuciónInsectos sistema circulatorio abierto, la hemolinfa (sangre) ocupa la cavidad general del cuerpo, el hemocele
Hemocele divido por diafragmas en tres senos mayores: pericárdico, perivisceral, y perineural
Principal órgano del sistema, Vaso dorsal divido en aorta (desemboca en cabeza) y corazón (post, con ostíolos).
Accesorios órganos pulsátiles accesorios en antenas, patas y alas.
Hemolinfa no transporta oxígeno, pero si nutrientes, hormonas y productos de desecho.
Varios tipos de hemocitos, libres en la hemolinfa (ej: coagulocitos)
Biotransformación
Toda modificación en la estructura química de los tóxicos producida in vivo.
Participan enzimas que utilizan a los tóxicos como sustratos y modifican su toxicidad, disminuyéndola ó incrementándola.
Mayoría de los tóxicos son liposolubles, propiedad que les permite penetrar las membranas celulares y llegar fácilmente a sus sitios activos.
Reacciones de biotransformación
Aumentan la polaridad
Facilita excreción
Disminuye la probabilidad de contactar a los receptores
Pueden disminuir la toxicidad
Pueden aumentar la toxicidad
Detoxificación
Activación
Biotransformación
Fase II
Tóxico
Producto de Fase I
Producto de Fase II
Excreción
conjugación
Adición de gruposfuncionales
Reacciones
Fase I
Biotransformación
Metabolismo de un insecticida Piretroide
Hidrólisis: Hidrolasas y complejo P450 Oxidación: complejo P450
Excreción
Principales órganos: Túbulos de Malpighi y Recto
Producción de orina (medio por el cual se eliminan productos tóxicos o potencialmente tóxicos)
Es un proceso en dos pasos: 1) Remoción poco selectiva de sustancias de la hemolinfa formando la orina primaria, T. de
Malpighi2) Modificación selectiva de esta por reabsorción, T. de Malpighi y (ppalmente) Recto
Modo y sitio de acción de insecticidas
Modo de acción de un piretroide y el DDT
Canal de sodio dependiente de voltaje
Efecto sobre la corriente entrante de sodio
Alteran la cinética de inactivación del canal
Canal de sodio dependiente de voltaje, tres conformaciones posibles
Acetilcolinesterasa, proteína de membrana postsináptica (tb en memb. Presináptica), hidrólisis de acetilcolina.Sitio de acción de insecticidas fosforados y carbamatos(inhiben la enzima)
Sistema colinérgico (en insectos sólo SNC)Sitio de acción de algunos insecticidas
Receptor de acetilcolina
top related