Exercicis: Receptors i efectors

Classifica els receptors sensorials segons el tipus d'estímul que detecten (fotoreceptors, mecanoreceptors, quimioreceptors, termoreceptors i nociceptors) i posa un exemple corporal de cadascun.

Diferencia exteroreceptors, interoreceptors i propioceptors, indicant on es localitzen i quina informació aporta cada tipus.

Esmenta els tres tipus d'òrgans efectors de la funció de relació i posa un exemple de resposta coordinada per cadascun.

Anomena els cinc sentits «clàssics» i afegeix almenys dos sentits interns menys coneguts (equilibri, propiocepció, fam, set, dolor visceral), indicant quina informació aporta cadascun.

Explica el recorregut de la llum a l'ull (còrnia, pupil·la, cristal·lí, humor vitri, retina) i la funció de cada element, indicant on es forma la imatge i on es transforma en senyal nerviós.

Diferencia bastons i cons de la retina: què detecta cada tipus (llum tènue enfront de color i detall), on abunda (perifèria enfront de fòvea) i per què de nit veiem en blanc i negre.

Descriu el camí del so per l'oïda (pavelló auricular, conducte auditiu, timpà, cadena d'ossets, còclea) i explica en quina estructura les vibracions es converteixen en impulsos nerviosos.

Diferencia gust i olfacte, i explica per què amb un refredat fort el menjar «no té gust de res», recorrent a l'olfacte retronasal i a la noció de sabor com a combinació de tots dos sentits.

La pell conté diversos tipus de receptors (tacte, pressió, temperatura i dolor). Explica quin avantatge suposa aquesta integració sensorial i descriu què passa quan toques alhora una cosa freda, rugosa i punxant.

Compara l'ull compost d'un insecte amb l'ull d'un vertebrat: estructura bàsica de cadascun, tipus d'imatge que formen i quin avantatge ofereix cada disseny a l'animal que el posseeix.

Davant d'un soroll brusc es dilaten les pupil·les i s'accelera el cor, tal com resumeix l'esquema. Indica quin element de la cadena (receptor, centre nerviós o efector) representa cada caixa numerada (1 a 4) i quina part del sistema nerviós (voluntari o autònom) controla cada pas.

Explica en quin punt s'enfoca la imatge en un ull miop i en un d'hipermetrop (davant o darrere de la retina), quin tipus de lent corregeix cada defecte (divergent o convergent) i quins factors es relacionen amb l'augment de la miopia en els joves (treball de prop, poques hores a l'aire lliure).

L'oïda interna també és l'òrgan de l'equilibri. Explica què detecten els canals semicirculars i l'utricle (girs i acceleracions, posició del cap) i per què marejar-se en un vaixell és un conflicte entre el que diu la vista i el que diu l'oïda interna (cinetosi).

Els nociceptors ens avisen del dany. Explica la funció protectora del dolor i raona per què les persones amb insensibilitat congènita al dolor pateixen cremades, fractures i infeccions que no detecten a temps.

Els rovells dels dits distingeixen dues punxades separades un mil·límetre; l'esquena, només si se separen diversos centímetres. Explica la prova de discriminació de dos punts, què la determina (densitat de receptors i territori cortical) i què diu sobre la sensibilitat de cada zona.

Què és l'homuncle sensorial? Explica com es representa el cos a l'escorça somatosensorial, per què llavis i mans ocupen molt més territori que l'esquena o les cuixes i què significa això sobre la importància de cada zona per al tacte.

Un equip de recerca enregistra l'activitat elèctrica de dues neurones sensorials diferents davant d'un estímul mecànic continu i d'intensitat constant aplicat durant 10 segons:

• A la Neurona A, la freqüència de potencials d'acció decau ràpidament a zero als 0,8 segons, tot i que l'estímul continua actiu.

• A la Neurona B, la freqüència de potencials d'acció disminueix lleugerament al principi, però es manté elevada i constant durant els 10 segons complets.

1. a) Dedueix de manera raonada quin d'aquests registres correspon a un receptor d'adaptació ràpida (fàsic) i quin a un d'adaptació lenta (tònic). Associa cada comportament a un exemple funcional del cos humà: la percepció del frec de la roba sobre la pell enfront de la detecció del dolor per una cremada continuada (nocicepció).
2. b) Justifica, des d'una perspectiva evolutiva i de supervivència, per què seria desadaptatiu o letal per a un animal que els nociceptors mostressin el mateix patró d'adaptació sensorial que els receptors olfactius o tàctils davant d'un estímul nociu constant.

En una consulta mèdica s'avalua l'equilibri de dos pacients mitjançant la prova de Romberg (romandre dret amb els peus junts i els braços enganxats al tronc, primer amb els ulls oberts i a continuació tancats):

• El Pacient 1 es manté estable amb els ulls oberts, però perd l'equilibri immediatament i trontolla amb risc de caiguda així que tanca els ulls.

• El Pacient 2 presenta inestabilitat i marxa vacil·lant tant amb els ulls oberts com tancats, gairebé sense millora visual.

1. a) Sabent que un dels pacients pateix una degeneració a les vies propioceptives dels cordons posteriors de la medul·la espinal i l'altre presenta una atròfia del cerebel, dedueix justificadament quin diagnòstic correspon a cadascun a partir de la integració multisensorial de l'equilibri.
2. b) Una persona sana pot mantenir l'equilibri en una bicicleta en marxa amb els ulls tancats durant uns segons, però fracassa si intenta fer-ho amb la bicicleta completament aturada sense recolzar els peus. Explica quina informació sensorial dinàmica aporten els canals semicirculars de l'oïda interna i el moviment de pedaleig enfront de l'equilibri purament estàtic.

En un laboratori de neurofisiologia s'analitza l'efecte de dues toxines:

• La Toxina X bloqueja específicament els receptors nicotínics d'acetilcolina a la placa motora del múscul esquelètic, sense alterar els receptors muscarínics.

• La Toxina Y actua com un antagonista competitiu potent dels receptors muscarínics d'acetilcolina a les vísceres i glàndules.

1. a) Prediu raonadament els efectes immediats que causarà la intoxicació per Toxina X sobre la ventilació pulmonar (diafragma), el peristaltisme intestinal i el diàmetre de les pupil·les.
2. b) Un estudiant afirma: «Com que el sistema somàtic controla els actes voluntaris i l'autònom els involuntaris, la Toxina X no afectarà cap reflex espinal, mentre que la Toxina Y paralitzarà tots els moviments automàtics del cos». Rebat la seva afirmació analitzant què passa amb el reflex rotular sota l'efecte de la Toxina X i amb el ritme cardíac sota la Toxina Y.
3. c) Quina de les dues intoxicacions requerirà de manera urgent intubació amb ventilació mecànica assistida per evitar la mort per asfíxia? Justifica la teva resposta segons el tipus d'innervació motora del diafragma.

Un pacient amb el braç esquerre amputat per sobre del colze presenta una experiència sensorial cridanera: en tocar amb un cotonet la seva galta esquerra amb els ulls tancats, afirma sentir amb nitidesa carícies als dits polze i índex de la mà esquerra amputada. A més, pateix un dolor intens perquè sent la seva mà fantasma tancada en un puny rígid i crispat, amb les ungles clavant-se al palmell.

1. a) Basant-te en la distribució de l'homuncle somatosensorial de Penfield a l'escorça parietal, explica per què l'estimulació tàctil de la cara desencadena sensacions als dits de la mà absent. Quin fenomen de neuroplasticitat i reorganització cortical hi ha darrere d'aquesta troballa?
2. b) El cervell del pacient continua enviant ordres motores a la mà per obrir el puny, però no rep senyals de retorn propioceptius, la qual cosa genera un bucle de dolor mantingut. Dissenya una pauta de teràpia amb mirall (caixa de mirall de Ramachandran) i prediu quin senyal visual ha de generar el pacient per enganyar la seva escorça sensoriomotora i alleujar l'espasme fantasma.

La retina humana tricromàtica normal disposa de tres tipus de cons els fotopigments dels quals (opsines) presenten màxims d'absorció en longituds d'ona diferents: S (blau, ~420 nm), M (verd, ~530 nm) i L (vermell, ~560 nm). Els gens que codifiquen les opsines M i L se situen en tàndem al cromosoma X.

1. a) Un individu amb deuteranopia manca completament de l'opsina funcional M. Si se li projecten dos feixos de llum d'igual radiancia, un a 540 nm i un altre a 565 nm, dedueix i justifica si la seva escorça visual podrà discriminar ambdós estímuls com a colors diferents mitjançant la comparació de senyals entre cons o si els percebrà com a tonalitats indistingibles.
2. b) En una població en equilibri genètic, la prevalença del daltonisme lligat al cromosoma X entre els homes és del 6,0 % (0,06). Calcula raonadament la freqüència al·lèlica esperada, el percentatge de dones daltòniques i el percentatge de dones portadores amb visió fenotípicament normal.
3. c) Una dona amb visió normal el pare de la qual és daltònic té descendència amb un home amb visió normal. Justifica la probabilitat que els seus fills homes i filles pateixin daltonisme. Per què, a causa del procés d'inactivació estocàstica del cromosoma X (lionització), les dones portadores poden presentar un mosaic cel·lular a la retina sense arribar a manifestar ceguesa cromàtica clínica?

En un servei d'otorrinolaringologia s'atenen dos casos de sordesa neurosensorial bilateral profunda:

• Pacient A: Jove de 19 anys que va patir una ototoxicitat farmacològica que va provocar la destrucció irreversible de les cèl·lules ciliades de l'òrgan de Corti, però conserva íntegres les neurones del gangli espiral i el nervi vestibulococlear (VIII parell cranial).

• Pacient B: Adult de 50 anys amb compressió bilateral avançada del nervi vestibulococlear deguda a neurinomes de l'acústic que han interromput la conducció axonal.

1. a) Justifica per què un implant coclear és una alternativa terapèutica eficaç per al Pacient A però resulta completament inoperant per al Pacient B. Descriu la ruta que segueix l'impuls elèctric des de l'elèctrode de l'implant fins a l'escorça auditiva primària en el cas viable.
2. b) La membrana basilar presenta tonotopia: la seva base és rígida i estreta (ressona davant d'altes freqüències o tons aguts), mentre que l'àpex o vèrtex és lax i ample (ressona davant de baixes freqüències o tons greus). Explica com ha de programar l'equip mèdic l'activació espacial dels elèctrodes al llarg de la còclea perquè el Pacient A diferenciï una veu aguda (4000 Hz) del so greu d'un bombo (150 Hz).

En la il·lusió del tauler d'Adelson, un cilindre opac projecta ombra sobre caselles escaquejades. El pegat A (situat en zona il·luminada i percebut com a casella gris fosca) i el pegat B (situat dins de l'ombra i percebut com a casella blanca) reflecteixen cap als ulls exactament la mateixa irradiància física (el mateix nombre de fotons per mil·límetre quadrat estimula els fotoreceptors de la retina).

1. a) Si es cobreix l'escena amb una cartolina opaca amb dues petites perforacions que aïllin exclusivament les caselles A i B del seu context i de l'ombra, prediu què percebrà l'observador. A partir d'aquest resultat, justifica la diferència formal entre sensació i percepció visual.
2. b) Si ambdues caselles envien un senyal sensorial idèntic, per què l'escorça visual insisteix a «veure» la casella B molt més clara que la A quan s'observa la imatge completa? Explica el concepte de constància del color/brillantor i justifica quin avantatge adaptatiu va suposar per als primats enfront de l'alternativa de registrar únicament la fotometria física absoluta del seu entorn.

Un equip d'etologia estudia els mecanismes sensorials de dos depredadors mitjançant muntatges experimentals:

• Experiment 1: Un tauró neda en un tanc amb sorra. Ataca amb precisió un peix pla viu enterrat al fons. Si el peix se substitueix per trossos de carn fresca embolicats en plàstic aïllant impermeable a l'aigua i a l'electricitat, el tauró passa de llarg. Tanmateix, si sota la sorra s'enterra un dipol elèctric que emet un microcorrent continu de 5 nV/cm (similar a l'activitat neuromuscular branquial de la presa) sense cap rastre químic de menjar, el tauró es llança a mossegar els elèctrodes.

• Experiment 2: Es registren ratpenats insectívors capturant arnes en la foscor. En introduir arnes de la família Erebidae, s'observa que aquestes emeten trens de clics ultrasònics quan detecten que el ratpenat accelera les seves crides d'ecolocalització; davant d'això, el percentatge de captures del ratpenat cau en un 80 %.

1. a) A partir de l'Experiment 1, dedueix quin receptor sensorial guia l'atac final del tauró (ampolles de Lorenzini enfront de quimioreceptors olfactius) i justifica per què la barrera plàstica va impedir la detecció malgrat l'olor de carn.
2. b) A partir de l'Experiment 2, formula una hipòtesi neurofisiològica sobre com els ultrasons emesos per l'arna alteren el sistema d'ecolocalització del ratpenat i interpreta aquesta interacció com un cas de coevolució sensorial depredador-presa.
3. c) Utilitza ambdós exemples per argumentar el concepte d'«Umwelt» de Jakob von Uexküll i justifica per què dissenyar una trampa per a plagues basant-se exclusivament en les capacitats sensorials humanes sol resultar ineficaç.

Repte del tema. Com respon el teu cos davant d'una alerta o esforç? Dissenya una investigació casolana sobre el temps de reacció i la integració neuroendocrina.

1. Presa de dades: Amb l'ajuda d'un convivent, realitza el test del regle en repòs i després d'$1\text{ min}$ d'activitat física intensa (com saltar o fer esquats). Mesura la distància de caiguda ($d$, en metres) cinc vegades per condició i calcula el temps de reacció mitjà mitjançant la fórmula $t = \sqrt{2d/g}$ (amb $g = 9,8\text{ m/s}^2$). Registra també el teu pols en repòs i actiu.

2. Processament: Dissenya una taula amb les mitjanes obtingudes i elabora una gràfica de barres que compari el temps de reacció i la freqüència cardíaca en ambdues situacions.

3. Informe fisiològic: Redacta un informe breu raonant els resultats: identifica els receptors sensorials activats, descriu les vies nervioses aferents i els efectors musculars implicats, i explica la modulació endocrina exercida per l'adrenalina sobre la resposta cardíaca i l'estat d'alerta.

Es valorarà:

• Rigor en l'obtenció de dades empíriques i càlcul matemàtic adequat amb coma decimal.

• Representació gràfica clara, ordenada i correctament retolada.

• Integració conceptual precisa de receptors, efectors i la coordinació entre el sistema nerviós i l'endocrí.