Antecedentes
La mayoría de nuestros experimentos de fisiología humana han tratado sobre el sistema nervioso voluntario (Neurociencia Neuromuscular) o la percepción (Neurociencia Sensorial); pero aquí hablaremos de la parte «involuntaria» del sistema nervioso, el sistema nervioso autónomo. El sistema nervioso autónomo controla cosas de las que somos conscientes e inconscientes, pero sobre las que generalmente no tenemos mucho control: la digestión, la homeostasis, la sudoración, la presión arterial, el ritmo cardíaco y muchas otras. Tradicionalmente se divide en dos sistemas, la división simpática (que activa la respuesta acuñada de «lucha o huida») y la división parasimpática (que activa la respuesta también acuñada de «descanso y digestión»).
Podemos estudiar los efectos de la activación nerviosa simpática midiendo la frecuencia cardíaca. En nuestro anterior experimento sobre el corazón observamos los impulsos eléctricos del corazón y el aumento de la frecuencia cardíaca durante el ejercicio. Profundicemos un poco más en la fisiología de la frecuencia cardíaca y tratemos de activar específicamente la respuesta de «lucha o huida» del sistema nervioso simpático. ¿Qué ocurre en «lucha o huida»? Como puedes imaginar, ante una amenaza, digamos, una gran sombra que se mueve en la noche, aumenta el ritmo cardíaco, comienza la sudoración, aumenta la respiración, se inhibe la digestión, se dilatan los ojos, y muchas otras cosas.
Alternamente, el parasimpático activa la respuesta de «descanso y digestión», que realiza lo contrario de todas las cosas enumeradas anteriormente (disminuye el ritmo cardíaco, se activa la digestión, aumenta la salivación, etc). Muchas de estas reacciones tanto en el sistema simpático como en el parasimpático están controladas por hormonas, que puede ser útil pensar en ellas como «neurotransmisores» pero que entran en el torrente sanguíneo en lugar de en la hendidura sináptica para encontrar sus objetivos, y en lugar de tiempos de respuesta de 1 ms en el cerebro, las hormonas tienen tiempos de respuesta en la escala de segundos a minutos en múltiples estructuras del cuerpo.
Por ejemplo, cuando se activa el sistema nervioso simpático, la glándula pituitaria, que se ramifica anatómicamente del hipotálamo en el cerebro, libera la hormona adrenocorticotrópica (ACTH) en el torrente sanguíneo, aumenta los niveles de cortisol, provocando diversos cambios fisiológicos, entre ellos el aumento del ritmo cardíaco. Simultáneamente, la glándula suprarrenal, un ganglio neural situado en los riñones, libera norepinefrina y tiene un efecto similar sobre el corazón.
Para activar su sistema nervioso simpático, utilizaremos el famoso estímulo del «agua helada». Esto se utiliza a menudo en los estudios sobre el dolor, ya que los seres humanos pueden tolerarlo, todo el mundo ha experimentado las manos frías antes, no es aterrador y no da lugar a daños psicológicos, y es un buen estímulo modelo fácil de replicar en los laboratorios de todo el mundo. Cuanto más tiempo se mantenga la mano en el agua helada, más dolorosa será, activando el sistema nervioso simpático, lo que provocará un aumento de la frecuencia cardíaca.
¡Ahora veámoslo por nosotros mismos!
Descargas
Antes de empezar, asegúrate de que tienes el Backyard Brains Spike Recorder instalado en tu ordenador. El programa Backyard Brains Spike Recorder te permite visualizar y guardar los datos en tu ordenador al hacer los experimentos. También hemos creado un sencillo manual de laboratorio para ayudarte a tabular tus datos.
Vídeo
Materiales impresos
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Procedimiento
Experimento de agua helada para el ritmo cardíaco
Mientras nos preparamos para este experimento, también examinamos otro efecto sobre la frecuencia cardíaca, llamado el reflejo de buceo. Cuando un león marino u otro mamífero marino se sumerge, su ritmo cardíaco disminuye y las venas y arterias de los tejidos periféricos y las extremidades se contraen. Esto limita el flujo sanguíneo a los órganos no relacionados con la inmersión, reduce el consumo de oxígeno del corazón y mantiene el flujo sanguíneo al cerebro.
¿Pero sabía que esta respuesta existe en todos los mamíferos, incluido usted? Cuando el agua fría entra en contacto con tu cara y retienes la respiración, podemos ver el «Reflejo de Buceo» como una disminución de la frecuencia cardíaca. Podemos hacer variaciones para separar los efectos del contacto del agua con la cara frente a la simple contención de la respiración.
Experimento de Respuesta de Buceo de la Frecuencia Cardíaca
Nota: Se aconseja la supervisión del instructor cuando se haga este experimento en el aula
Notas
Ideas para proyectos de la Feria de la Ciencia
Como estos experimentos son relativamente fáciles de hacer rápidamente, puedes generar rápidamente un gran conjunto de datos en tu familia o escuela. ¿Hay diferencias entre los atletas y las personas con niveles normales o bajos de aptitud física? ¿Hay diferencias en cuanto a la edad, diferencias entre alumnos y alumnas, etc.? Feliz Estadística!
Anteriormente estudiamos el efecto del ejercicio de la frecuencia cardíaca. ¿Por qué esta respuesta de estrés causada por el hielo aumentaría o no la frecuencia cardíaca a través de mecanismos fisiológicos diferentes a los del ejercicio?