anatomía humana

LAS NEURONAS. ANATOMÍA Y FUNCIÓN

	INTRODUCCION Los animales perciben y se comunican con su entorno a través de las respuestas de ciertos órganos a los estímulos: luz, color, frío, calor, sonidos, dolor, fragancias, sabores, etc. Externamente, estos estímulos producen respuestas en órganos especializados como el ojo, la piel, el oído, la nariz o la lengua. Estas respuestas, se traducen en la transmisión de unas señales eléctricas a través de las células nerviosas a diversas regiones del cerebro donde son interpretadas. En algunos casos, a la señal sigue una respuesta física, muchas veces muscular, que puede ser voluntaria o involuntaria. Todos estos eventos están asociados a la transmisión de señales eléctricas a través de las redes neurales, constituídas por las células nerviosas.
	CELULAS NERVIOSAS Los estudios histológicos del siglo XIX de Cajal, de Golgi y de sus sucesores condujeron al consenso de que las células del sistema nervioso pueden ser divididas en dos clases: las neuronas (o células nerviosas propiamente dichas) y las células de sostén (*). Las primeras están especializadas en la transmisión de señales eléctricas a gran distancia, mientras que las segundas no tienen actividad. En el sistema nervioso central (encéfalo y médula espinal) estas células de sostén consisten principalmente encélulas neurogliales. Neuronas Uno de los aspectos más destacables de las células nerviosas es su elevado número, estimándose en más de 100.000 millones de neuronas y varias veces este número cuando se habla de las células de sostén. Teniendo en cuenta que cada neurona puede estar interconectada con otras muchas y que, en los últimos años, se ha comprobado que las células de sostén también intervienen en la transmisión nerviosa, resulta evidente la enorme complejidad de tejido nervioso y del sistema nervioso central. Las células nerviosas se asemejan en la mayoría de los rasgos a las células normales (*). Se reconocen fácilmente, las siguientes estructuras: núcleo retículo endoplásmico aparato de Golgi mitocondrias y orgánulos membrana célular, etc Sin embargo, el hecho más destacable de las células nerviosas es la existencia de dendritas (también llamadas ramas o prolongaciones dendríticas) que surgen de la parte central de la célula. En la mayor parte de las células existen múltiples dendritas en las que se sitúan los sitios donde se establecen los contactos sinápticos con otras células. El espectro de ramificación de las dendritas va desde las células de carecen de ellas hasta las que son iguales en número a las de un árbol grande, pasando por neuronas bipolares, células amacrinas de la retina, células piramidales y células de Purkinje del cerebro.
	La información que llega a las dendritas es leída por el axón, porción de las células nerviosas especializada en la conducción de señales y que puede extenderse hasta varios milímetros o más según el tipo de neurona y la especie. La mayoría de los axones de las neuronas del cerebro humano no tienen más de unos pocos milímetros de longitud, mientras que las que se extienden desde la médula espinal hasta los pies pueden llegar a 1 metro. El proceso por el cual el axón transmite una señal se denomina potencial de acción, una onda eléctrica autoregenerada que se propaga desde el punto de iniciación (llamado cono axónico) hasta el extremo del axón. La información codificada por los potenciales de acción es transmitida a la célula contigua por medio de la transmisión sináptica. En efecto, las terminaciones axónicas están constituídas por regiones especializadas denominadas botones o terminaciones sinápticas. Las sinapsis son las uniones entre las células nerviosas pudiendo ser carácter eléctrico (si hay contacto físico entre las dos células) o químico (si la célula envía la señal en forma de transmisor químico o neurotransmisor). Los neurotransmisores se sintetizan en las terminaciones sinápticas y se almacenan en las vesículas sinápticas, a la espera de ser liberados en la hendidura sináptica a la llegada de una señal. Los neurotransmisores difunden en la hendidura sináptica fijándose a los neuroreceptores de la célula post-sináptica que modifican su conformación para generar una nueva señal, bien directamente permitiendo la entrada de iones del medio extracelular (lo que genera de nuevo un potencial de acción), bien indirectamente a través de los segundos mensajeros. Células neurogliales Las células neurogliales o sencillamente células de la glía no participan directamente en la transmisión de las señales eléctricas aunque ayudan al metabolismo de los neurotransmisores y en otras funciones de ayuda a las neuronas. Las células de la glía son más abundantes que las neuronas en la proporción de 3:1. Las funciones de la glía más o menos aceptadas son: mantenimiento del medio iónico de las neuronas modulación de la velocidad de propagación de la señal modulación de la sinapsis al captar parte de los neurotransmisores recuperación de las lesiones nerviosas
	Existen tres tipos de células neurogliales: Astrocitos (*): tienen un aspecto estrellado y se limitan al encéfalo y médula espinal. Su función es mantener un medio químico adecuado en lo que se refiere a concentraciones iónicas y de glucosa y a captar y metabolizar los neurotransmisores que han cumplido su función. En la transmisión sináptica, los astrocitos pueden ejercer una influencia a través de la modulación del volumen, composición, y las concentraciones de iones, neurotransmisores, neuromodulatores, y fuentes de energia dentro del espacio extracelular. Los astrocitos forman una red en neuropilo llamado sincitio astrocítico. Las moléculas difunden en el sincitio por las hendiduras entre los astrocitos. El calcio se propaga en oleadas través del sincitio, siendo estas oleadas inducidas por estimulación mecánica y por el glutamato. De esta manera, los astrocitos modulan la composición y concentración de moléculas en el espacio extracelular si el flujo de calcio a través de los mismos produce entrada o salida de iones y neuromoduladores Ca-dependientes. Así, el sincitio permite un medio de comunicación no sináptica en el cerebro. Los astrocitos pueden recibir e intregrar información de varias sinapsis simultáneamente y recibir información de la composición del líquido extracelular y dentro de los capilares sanguíneos. Una de las formas mediante las cuales los astrocitos están implicados en la función sináptica es facilitando metabolitos para la actividad neuronal. La energía es suministrada por la glucosa que entra en SNC a través de los astrocitos que están en contacto con los vasos sanguíneos. Parece ser que la glucosa es parcialmente metabolizada en los astrocitos siendo empleados algunos intermedios metabólicos para el uso neuronal. En efecto, cuando se bloquea el metabolismo de los astrocitos del hipocampo con flurocitrato (un inhibidor del ciclo de Krebs), la transmisión sináptica es abolida. Esto indica que las neuronas necesitan del combustible que reciben de los astrocitos. Oligodendrocitos (*): son células productoras de mielina, con procesos celulares capaces de mielinizar varios axones próximos (*). Se identifican mediante procedimientos de tinción inmunoquímica para proteínas específicas Microglia (*): son células más pequeñas, derivadas de las células madre hematopoyéticas con muchas de las propiedades de los macrófagos tisulares. La microglía prolifera mucho después de una lesion del sistema nervioso, ayudando a reparar el daño neural. CIRCUITOS NEURALES Las neuronas forman circuitos eléctricos que procesan información. Las conexiones se establecen entre las dendritas y las prolongaciones axónicas de las neuronas, las sinapsis y las prolongaciones de las células gliales constituyen una densa maraña dentro de un tejido denominado neuropilo. Las células nerviosas que transmiten información desde la periferia hacia la médula espinal o el cerebro se llaman neuronas aferentes, mientras que las que transmiten información desde el encéfalo o la médula hacia las extremidades se denominan neuronas eferentes. Las neuronas locales que sólo participan en los aspectos locales de un circuito de llamaninterneuronas. Los circuitos de procesamiento suelen estar asociados en sistemas que desempeñan funciones muy amplias. Existen numerosos sistemas como el visual, el auditivo, el sistema nervioso autonómo, etc., cada uno de ellos especializado en controlar y dirigir las funciones de una serie de órganos
	SEÑALES ELECTRICAS EN LAS CÉLULAS NERVIOSAS Las señales eléctricas producidas en las neuronas se denominan potenciales de acción, aunque también se las conoce como impulsos ("spikes"). La mejor manera de observar un potencial de acción es registrar directamente la señal eléctrica a través de la membrana de la neurona. Para ello, se inserta un microelectrodo (una micropipeta con un orificio de menos de 1 mm rellena de un líquido conductor como es una solución concentrada de sal) conectado a un voltímetro (que puede ser un osciloscopio) para medir el potencial transmembrana de la neurona.  Cuando se inserta un microelectrodo a través de la membrana de una neurona se observa en el osciloscopio que existe un potencial negativo en el interior de la célula. Dependiendo de la neurona que se examine este potencial es de -40 a -90 mvoltios, y se denomina potencial de membrana de reposo. Insertando un segundo microelectrodo, se puede suministrar a la célula una corriente eléctrica conectándolo a una batería. Según el tipo de corriente ocurrirá lo siguiente: si la corriente hace que el potencial de membrana sea más negativo (hiperpolarización) se observa un cambio de potencial proporcional a la corriente inyectada. cuando el potencial de membrana de la célula nerviosa se torna más positivo que el potencial de reposo, se produce la despolarización cuando se alcanza un valor umbral, se desarolla un potencial de acción, cuya forma en el osciloscopio es característica, con una duración de 1 mseg. Hay que destacar que el potencial de acción es independiente de la magnitud de la corriente utilizada para evocarlo, es decir las corrientes más grandes no producen potenciales más grandes, sino que estos son más frecuentes. El potencial de acción refleja los cambios en la permeabilidad de la membrana a los diferentes iones. En la mayor parte de los axones estos cambios son una elevación rápida y transitoria de la permeabilidad del sodio, seguida de un aumento más lento y sostenido de la permeabilidad al potasio.   El potencial de acción se transmite pues a lo largo de la membrana de la neurona desde el centro hacia la periferia. Al llegar al final del axón, la señal eléctrica se transmite a la célula adyacente a través de la sinapsis LAS SINAPSIS INTRODUCCION EL encéfalo humano contiena unas 100.000 millones de neuronas, cada una de ellas con conexiones múltiples con otras células (*). La comunicación entre todas ellas se consigue mediante las sinapsis, que podrían definirse como los contactos funcionales entre las células. Son dos los tipos de sinapsis: las eléctricas y las neuroquímicas Sinapsis Las sinapsis eléctricas (*) permiten el paso de corrientes eléctricas (en forma de un flujo de iones) a través de unos canales que conectan las dos células, estándo las células unidas una con la otra por un contacto intercelular denominado unión en hendidura ("gap junction"). Los poros de los canales que interconectan dos células son bastante grandes, de modo que se pueden intercambiar, además de iones, moleculas más grandes como el ATP y otros metabolitos importantes. La corriente eléctrica fluye pasivamente cuando se genera un potencial de acción. La célula fuente de corriente se denomina presináptica, mientras que la que recibe la corriente se denomima post-sináptica. Este tipo de sinapsis permite el paso de corriente bidireccionalmente y tiene la característica de ser extraordinariamente rápida (< 0.1 mseg). Los poros que conectan las dos células con complejos proteícos hexaméricos denominados conexones (*) , siendo cada una de las 6 subunidades una proteína transmembrana denominada conexina que, a su vez consta de cuatro regiones. El tamaño de estos poros permite el paso del ATP y de los segundos mensajeros, lo que permite que las sinapsis eléctricas coordinen el señalamiento intercelular. Las sinapsis químicas, por el contrario, no presentan ninguna continuidad estructural, sino que las neuronas contiguas están separadas por la hendidura sináptica mucho más ancha que el espacio intercelular adyacente (30 a 40 nm). Como resultado de ello, la trasmisión de la señal depende de la liberación de unas sustancias químicas, denominadas neurotransmisores. Potenciales de placa terminal Liberación de los neurotransmisores desde las vesículas sinápticas Reciclado de las vesiculas LOS NEUROTRANSMISORES NEUROTRANSMISORES Y RECEPTORES Como se ha visto, las sinapsis son las bifurcaciones o empalmes a través de los cuales las células nerviosas transmiten sus señales a otras neuronas, a células musculares o a celulas glándulares. Muchas de las señales que se transmiten de neurona a neurona o de neurona a célula glandular implican la síntesis y liberación de sustancias por unas vesículas especializadas situadas en la zona presináptica del axón, las llamadas vesículas sinápticas. Se cree que cada vesicula sináptica contiene un sólo tipo de estas sustancias, llamadas neurotransmisores, si bien en cada terminal de un axón, pueden existir diferentes tipos de vesículas sinápticas. La llegada de un potencial de acción dispara la exocitosis de las vesículas sinápticas vertiendo su contenido en la sinapsis. Las moléculas de neurotransmisor difunden a través de la sinapsis, fijándose a receptores específicos situados en la zona post-sináptica. Se conocen numerosas sustancias neurotransmisoras (*), en su mayoría aminoácidos o derivados de aminoácidos. También se sospecha que algunos metabolitos celulares como el ATP puedan funcionar en algunas células como neurotransmisores y se ha comprobado que algunos péptidos pequeños (*) actúan igualmente como neurotransmisores. Los neurotransmisores se pueden clasificar en tres grandes grupos: aminoácidos (ácido glutámico, aspástico, glicina, GABA, etc.) monoaminas (acetilcolina, catecolaminas, serotonina, etc) polipéptidos(encefalinas, somatostatina, sustancia P) Para que una sustancia química sea considerada como un neurotransmisor debe cumplir los siguientes criterios: Debe encontrarse en el área presináptica de la terminal de un axón Las enzimas necesarias para su síntesis también se encuentran presentes en el área presináptica En condiciones fisiológicas, la estimulación de la neurona ocasiona su liberación en cantidades suficientes como para ejercer un efecto fisiológico Existen mecanismos en la sinapsis para terminar rápidamente con su acción por destrucción o recaptación Su aplicación directa en la terminal post-sináptica ocasiona una respuesta idéntica a la producida por estimulación de la neurona (por ejemplo por iontoforesis directa con una micropipeta en la sinapsis) Por consiguiente, cualquier fármaco que modifique el metabolismo o la fijación de los neurotransmisores a sus receptores, ocasionará un efecto fisiológico in vivo predecible siempre que el fármaco sea transportado al lugar donde el neurotransmisor tiene su acción. De entre los muchos neurotransmisores conocidos, el mejor caracterizado es la acetilcolina. La acetilcolina funciona en las sinapsis neurona-neurona y neurona-célula muscular a través de losreceptores colinérgicos. Los receptores colinérgicos se clasifican en función de su especificidad hacia otras sustancias química que se actúan como agonistas. Así, en algunos receptores colinérgicos denominados receptores nicotinico-colinérgicos, la nicotina ocasiona reacciones excitatorias de una duración de un milisegundo. En los receptores muscarínico-colinérgicos se fija lamuscarina (un alcaloide presente a alguna setas) ocasionando una serie de respuestas que pueden ser excitatorias o inhibitorias ACETILCOLINA Y RECEPTORES COLINÉRGICOS La acetilcolina se almacena en el interior de las vesículas sinápticas, pequeños orgánulos de unos 40 nm de diámetro que se acumulan en la región presináptica de la terminal del axón. La terminal de un axón de rana contiene aproximadamente 1 millón de vesículas, cada una de ellas con 1000 a 10000 moléculas de acetilcolina. La acetilcolina es sintetizada a partir de la acetil-CoA y de la colina mediante la acción de una enzima, la colin-acetiltransferasa.  La acetilcolina es liberada en la hendidura sináptica, por fusión de las membranas de la vesículas con la la membrana de la neurona. La llegada de un potencial de acción a la terminal presináptica estimula la entrada de calcio Ca++ al interior de la célula, y este aumento del Ca++ es el que provoca la exocitosis de las vesículas.  La fusión de las vesículas con la membrana plasmática ocasiona una expansión del área de la superficie de la membrana. Sin embargo, tanto para preservar los componentes de las vesículas como para limitar la expansión de la membrana, los componentes de las membranas vesículares son rápidamente internalizados por endocitosis formando nuevas vesículas vacías. Una vez que las moléculas de acetilcolina han sido liberadas en la hendidura sináptica, alcanzan por difusión los receptores postsinápticos donde interaccionan con ellos, ocasionando en el plazo de 0.1 mseg un aumento transitorio de la permeabilidad de la membrana al Na+ y al K+. La fijación de la acetilcolina a su receptor ocasiona, por tanto, una depolarización de la membrana y la generación de un potencial de acción que se extiende por la superficie de la membrana de la célula postsináptica.  Cuando esta célula pertenece a un fibra muscular, se produce una entrada masiva de calcio a través del sarcolema. El calcio de fija a la troponina C lo que finalmente resulta en la atracción de la miosina hacia la actina con lo que la célula se contráe. En la mayor parte de las células nerviosas o musculares, los receptores colinérgicos constituyen una fracción diminuta de la totalidad de las proteínas de las membranas. Una excepción son las células de los órganos eléctricos del pez Torpedo, capaces de generar voltajes de 500 voltios, capaces de matar un ser humano. Los receptores nicotínicos para la acetilcolina han sido aislados, purificados, clonados y secuenciados. Están formados por cuatro subunidades (llamadas a, b, g y d) cuyas secuencias son conocidas y muestran un 35-40% de homología. Cada una de ellas, atraviesa la membrana cinco veces a través de a-hélices M1 a M5 (*). El receptor completo contiene dos subunidades a(donde se fija la acetilcolina) y una subunidad de cada uno de los tres subtipos restantes (*). Al fijarse la acetilcolina al receptor, se abre un canal central por donde puede entrar sodio en la célula. La estructura y función de los receptores muscarínicos colinérgicos son muy distintas de las de los nicotínicos. Se han identificado al menos 5 subtipos de receptores muscarínicos. Los M1 y M2 están formados por 7 segmentos transmembranarios y ejercen sus acciones a través de proteínas G. La activación de M1 ocasiona una disminución de la conductancia para el K+ por medio de la activación de una fosfolipasas C, mientras que la activación de los receptores M2 produce un aumento de la conductancia del K+ por medio de la inhibición de la adenilciclasa. La unión de la acetilcolina a los M1 produce pués una depolarización de la membrana postsináptica mientras que la unión de la acetilcolina a los M2 produce una hiperpolarización Se conocen diversas sustancias que competen con la acetilcolina en estos receptores. La a-bungarotoxina (una toxina del veneno de una serpiente del sudeste asiático) se fija específicamente e irreversiblemente al receptor bloqueando su acción. Lo mismo ocurre con la toxina botulínica. Otros fármacos antagonistas de la acetilcolina son la nicotina, la tubucurarina, etc. Todos ellos, inducen una serie de síntomas clínicos (relajación muscular que puede llegar a un bloqueo completo, hipotensión, bradicardia, etc). Para restaurar una membrana depolarizada a su estado excitable, el necesario eliminar o destruir la señal depolarizante. Existen tres formas de terminar la señal: el transmisor difunde fuera del hendidura sináptica el transmisor es capturado por la neurona presináptica (proceso denominado recaptación) el transmisor en degragado enzimáticamente En el caso de la acetilcolina, la enzima acetilcolinesterasa presente en la hendidura sináptica y en la membrana de la célula degrada la acetilcolina a colina y acetato. Algunas neurotoxinas y gases nerviosos son inhibidores de la colinesterasa. Al prolongar los efectos de la acetilcolina, incrementa el tiempo durante el cual la membrana se encuentra despolarizada impidiendo la relajación de los músculos, en particular de los músculos respiratorios, ocasionando la muerte. La miastenia grave es un desorden autoinmune caracterizado por debilidad muscular debido a un déficit de la transmisión neuromuscular, en la que está implicada la acetilcolina. Los pacientes con miastenia grave muestran anticuerpos a los receptores colinérgicos nicotínicos. Se cree que estos anticuerpos reaccionan con el receptor inhibiendo su función, ya sea su capacidad para captar la acetilcolina, ya sea no experimentando los cambios de conformación que permiten la entrada del sodio.