Histología vegetal y animal

Tipos celulares 

EL ASTROCITO

Los astrocitos son células localizadas en el sistema nervioso central: encéfalo y médula espinal. Forman, junto con los oligodendrocitos, células de Schwann y la microglía, el grupo de células gliales del sistema nervioso. Durante mucho tiempo se ha considerado a los astrocitos como células de menor importancia cuando se comparaban con las neuronas, y sus funciones parecían limitarse a mantenedores de la homeostasis neuronal y a la formación de las barreras del sistema nervioso central. Sin embargo, hoy se le atribuyen papeles adicionales más diversos, que a veces surgen en situaciones patológicas o durante el desarrollo. Últimamente se les relaciona incluso con el procesamiento de la información que manejan las neuronas. Es un dato interesante que durante la evolución de los primates la proporción de astrocitos respecto a las neuronas se ha incrementado.

Forma

Los astrocitos contienen una proteína específica en su citoesqueleto denominada proteína glial fibrilar ácida. El nombre de astrocito viene de la forma estrellada que tienen estos filamentos intermedios cuando se ponen de manifiesto en su citoplasma, aunque la forma celular real puede ser muy variable, dependiendo además de si se encuentran en la sustancia gris, denominados astrocitos protoplásmicos, o en la sustancia blanca, denominados atrocitos fibrosos. También hay astrocitos muy modificados como son la glía de Bergmann del cerebelo y la de Müller en la retina.

Imágenes de células gliales. A, C y D muestran astrocitos localizados en el cerebro. B muestra las diferencias en tamaño y morofología entre glía y neuronas. A a C muestra astrocitos protoplásmicos, mientras que la D es uno fibroso. En E aparecen células gliales de Bergmann, localizadas en la corteza cerebelosa.

Los astrocitos protoplásmicos emiten muchas prolongaciones que se pueden ramificar carias veces. Los extremos de estas ramificaciones se denominan pies terminales, los cuales recubren vasos sanguíneos, superficie pial y a las sinapsis (un astrocito puede englobar varios miles de sinapsis). Los astrocitos fibrosos se encuentran en la sustancia blanca y tienen prolongaciones mucho más delgadas y casi sin ramificar. Los pies terminales envuelven a los nodos de Ranvier de los axones y los vasos sanguíneso de estos tractos de fibras.

Número

Los astrocitos son el tipo glial más numeroso en el encéfalo. El número de astrocitos es variable dependiendo de la zona, pero suelen representar del 20 al 25 % del volumen de la mayor parte de las áreas del encéfalo. En el cerebro de ratas y gatos son ser tan numerosos como las neuronas.

Imágenes de astrocitos en las áreas corticales del cerebro de una rata, teñidos mediante inmunocitoquímica con anticuerpos contra la proteína fibrilar ácida glial.

Al contrario que las neuronas la mayoría de los astrocitos se generan en el periodo perinatal, una vez que se está acabando la producción de neuronas. Los astrocitos pueden diferenciarse desde varias fuentes. Por ejemplo, en la corteza cerebral se pueden originar desde la glía radial, desde las paredes ventriculares y desde glía indiferenciada tipo NG2. Todas estas fuentes darían inicialmente astrocitos progenitores, los cuales podrían diferenciarse directamente en astrocitos maduros o sufrir una serie de divisiones mitóticas para aumentar la población de potenciales astrocitos maduros. La producción local de astrocitos en etapas juveniles y adultas podría provenir de la actividad mitótica local de estas células progenitoras. En humanos y ratones se ha encontrado que la mayor producción de astrocitos ocurre en el periodo perinatal. En gatos se ha comprobado que en el periodo perinatal el cociente glía/neurona es del 0.86, mientras que en adultos es del 1.4, es decir, aumenta hasta sobrepasar el número de neuronas encefálicas. Al contrario que las neuronas, los astrocitos pueden proliferar en estado adulto.

Funciones

Recubren la superficie externa del encéfalo y médula espinal. Los astrocitos (por ejemplo en monos) o sus pies terminales (por ejemplo en ratones) forman una capa limítrofe que aísla a las neuronas de las membranas meníngeas que recubren la superficie del encéfalo y médula espinal, denominada genéricamente como “membrana glial limitante o “glia limitans”. También recubre a las células ependimarias que forman las paredes de los ventrículos y del canal central. Además, envuelven a los capilares formando parte de la denominada barrera hematoencefálica.

En la barrera glial limitante los pies terminales o cuerpos de los astrocitos están anclados a una membrana basal, y ésta a la membrana pial interna. No se conoce muy bien la función de esta capa glial pero se ha propuesto que actúa simplemente como barrera física que contiene a las neuronas.

Imágenes de astrocitos marcados con inmunocitoquímica para la proteína fibrilar ácida en la corteza de un ratón emitiendo prologaciones hacia la superficie pial

En la barrera hematoencefálica está formada por el endotelio de los capilares que se encuentran en el tejido nervioso. Estos capilares están rodeados por pies terminales de los astrocitos. La verdadera barrera son los capilares puesto que, a diferencia de otros capilares de otros órganos, poseen una gran cantidad de complejos de unión: uniones estrechas y uniones en hendidura, que sellan el espacio intercelular, de manera que las moléculas que quieran entrar y salir del tejido nervioso tendrán que cruzar las células endoteliales. Parece ser que los pies de los astrocitos, que no forman una verdadera barrera, podrían afectar a estos complejos de unión regulando así el tráfico de moléculas a través del endotelio.

Imágenes de astrocitos marcados con inmunocitoquímica para la proteína fibrilar ácida en la corteza de un ratón emitiendo prolongaciones hacia los vasos sanguíneos.

Función neuronal. A los astrocitos se les atribuye una función pasiva sobre las neuronas que incluye la homeostasis general, soporte estructural y contribución al buen funcionamiento nervioso mediante el aislamiento de las sinapsis entre sí, impidiendo que la actividad de una neurona pueda afectar a otras a las que no debería. Las prolongaciones celulares de los astrocitos se encuentran alrededor de las neuronas, de las sinapsis y de los nódulos de Ranvier en los axones. Se ha estimado que un astrocito puede estar relacionado con hasta miles de sinapsis. Participa en el aclarado o inactivación de neurotransmisores como el glutamato extracelular, mantiene los niveles de potasio extracelular, redistribuye o secuestra potasio extracelular por encima de unos ciertos niveles, los cuales deterioran la actividad neuronal. Todo ello afecta a la actividad de las propias sinapsis.

Los astrocitos responden a una serie de neurotransmisores como monoaminas, neuropéptidos, GABA, acetilcolina, óxido nítrico y endocannabinoides. Estos transmisores actúan sobre los astrocitos no de manera sináptica sino en lo que se denomina transmisión en volumen. Es decir los astrocitos responderían a la actividad neuronal. Es decir, hay otras acciones que se denominan activas. Participan en la formación, maduración y mantenimientos de las sinapsis, son capaces de eliminar sinapsis por fagocitosis. Durante el desarrollo ayudan al establecimiento de las conexiones neuronales favoreciendo la migración de los axones.

Regulación del flujo sanguíneo. Los astrocitos no sólo incorporan neurotransmisores del medio extracelular sino que responden a ellos con cambios en su fisiología, por ejemplo, responden al glutamato con el aumento de la concentración intracelular de calcio. Esto es interesante puesto que los astrocitos están conectados mediante uniones en hendidura y forman redes extensas en las que sus componentes tienen conectados sus citoplasmas formando una especie de enorme sincitio. Esto permite una actuación sincronizada de grandes poblaciones de astrocitos. Por ejemplo, se sabe que el aumento de concentración de calcio intracelular en un astrocito puede provocar el mismo efecto en toda una red de astrocitos conectados con él. Mediante este efecto y la comunicación de los astrocitos con los vasos sanguíneos se podría acoplar el flujo sanguíneo a la actividad neuronal. La acción sobre los vasos sanguíneos estaría mediada por moléculas vasoactivas que estimularían la vasodilatación o la vasoconstricción.

Patologías. Los astrocitos son resistentes a la falta de oxígeno y de glucosa, y pueden aguantar mucho más tiempo vivos tras la privación de estas moléculas porque almacenan glucógeno en su interior y pueden obtener ATP anaeróbica. Por ello son importantes en condiciones extremas o patológicas. Cuando se producen traumas o daños en el encéfalo se observa una hipertrofia o hiperplasia de astrocitos durante estos procesos durante los cuales los astrocitos se denominan astrocitos reactivos. Esto es lo que se llama gliosis reactiva. Durante esta proliferación se han encontrado dos tipos de astrocitos con efectos diferentes. Los astrocitos A2 son básicamente reparadores, mientras que los A1 favorecen la degradación del tejido.lo, son importantes para la formación de vasos sanguíneos (angiogénesis). También en enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson, Alzheimer y la corea de Huntington se observa glía reactiva. También debido a su capacidad de división son responsables de tumores cerebrales denominados gliomas.

Otras. Proporcionan moléculas neurotróficas a las neuronas. Son una fuente importante de matriz extracelular del tejido nervioso. Son centros de detoxificación, por ejemplo, secuestran metales o amonio.

Funciones de los astrocitos
       Los astrocitos diferenciados tienen distintas funciones entre las que se destacan: regulación de la composición iónica del líquido extracelular del sistema nervioso central, inducción de la formación de la barrera hematoencefálica (BHE), actuar de soporte y guía de las neuronas durante la migración y ayudar a mantener los niveles de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos en las neuronas (Kimelberg y Norenberg, 1989; Miller y col., 1989).

    Durante el desarrollo embrionario una de las funciones principales de los astrocitos es la de servir de soporte y guía en la migración de las neuronas postmitóticas, así como, conducir la emisión de prolongaciones axónicas. En el cerebro adulto, los astrocitos realizan esta misma función durante la regeneración axonal y la formación de nuevas sinapsis. Parece ser que entre las sustancias implicadas en este mecanismo están las moléculas de adhesión celular nerviosa  (NCAM) y las N-caderinas (Edelman, 1983; Takeichi, 1988). En cocultivos de neuronas con astrocitos tipo 1 ó astrocitos tipo 2 se ha demostrado que el crecimiento axonal se favorece cuando se emplean cultivos de células neonatales en vez de células adultas. De estas observaciones se concluye que las diferencias en la composición molecular de las membranas astrocíticas, son las responsables del crecimiento de las neuritas (Geisert, 1991; Smith, 1993).
    Los capilares cerebrales están rodeados, casi en su integridad, por los pies terminales de las fibras astrocíticas.  A diferencia de los que ocurre en otros tejidos, las células endoteliales de los capilares cerebrales están fuertemente conectadas por uniones estrechas (tight junctions). Este hecho impide el transporte paracelular de muchas sustancias. En este sentido, los astrocitos inducen a las células endoteliales de los capilares cerebrales a formar las uniones estrechas y a sintetizar las enzimas carácteristicas de la barrera hematoencefálica (Janzer y Raff, 1987).
    Las neuronas debido a la transmisión sinaptica liberan una serie de neurotransmisores al medio (glutamato, aspartato, GABA, etc.). Este hecho trae consigo una disminución de la concentración de intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, principalmente oxalacetato y a-cetoglutarato, que son fundamentalmente, los precursores de estos neurotransmisores. En este sentido, estudios recientes han puesto de manifiesto que los astrocitos podrían estar implicados en el mantenimiento de los niveles de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos en las neuronas (Kaufman y Driscoll, 1992).
    Los niveles de sodio y potasio deben estar regulados muy estrictamente en el espacio que rodea las neuronas, de manera que pueda llevarse a cabo los potenciales de acción. En otros tejidos, los iones externos residen en el espacio intersticial, que en el cerebro, está ocupado por las finas prolongaciones astrocíticas. Este hecho dió lugar a la hipótesis llamada amortiguación espacial de potasio (Orkand y col., 1966).  Esta hipótesis propone que los astrocitos retiran el potasio sobrante del espacio extracelular procedente de la actividad neuronal y los transfieren a zonas con baja concentración de potasio. La fuerza determinante de este proceso sería el aumento local de potasio extracelular puesto que, los astrocitos captarían el potasio debido a la alta permeabilidad que presentan a este ión (Erecinska, 1993; Kuffler, 1966a). Más tarde lo transmitirian de unos astrocitos a otros a través de las llamadas uniones comunicantes  (gap junctions) (Gardner-Medwin, 1986; Sáez y col., 1993). En efecto, el acoplamiento entre astrocitos a través de las uniones comunicantes aumenta su capacidad de amortiguar espacialmente el potasio (Mobbs y col., 1988).
    Recientemente se ha comenzado a conjeturar sobre la posibilidad de que los astrocitos tengan una función mucho más activa en el SNC y no un papel meramente protector de las neuronas. Se ha propuesto que los astrocitos presentan un tipo de excitabilidad basada directamente en la dinámica del ión calcio intracelular y que es esencialmente independiente del potencial de membrana (Cornell-Bell y Finkbeiner, 1991; Cornell-Bell y col., 1990). Así, en los astrocitos se expresan una amplia variedad de receptores funcionales para agentes neuroactivos (Dermietzel, 1991a; Cornell-Bell y col., 1990; Jensen, 1990; Salm y McCarthy, 1990).  En estos estudios se ha establecido que el glutamato y otros neurotransmisores pueden provocar oscilaciones en los niveles del ión calcio intracelular y la propagación de estas ondas de calcio, creando en definitiva una forma de exitabilidad, basada en las corrientes de Ca⁺² (Cornell-Bell y col., 1990; Jensen y Chiu, 1991b; Jensen y col., 1991a). Esta forma de excitabilidad comienza con la liberación de iones calcio de los depositos intracelulares (Cornell-Bell y Finkbeiner, 1991) y continua con la oscilación en los niveles de calcio, que se propaga dentro del astrocito exitado a los astrocitos adyacentes, a través de las uniones comunicantes. Recientemente, se ha demostrado que las inervaciones aferentes de las neuronas glutaminérgicas provocan la formación de las ondas de calcio en los astrocitos (Dani y col., 1992; Nedergaard, 1994).  
 

Los astrocitos son, junto con las neuronas, las células más abundantes del cerebro. Y desarrollan más funciones de las que se creía. Según han descubierto en fecha reciente investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), este tipo de células de la glía intervienen en procesos relacionados con la memoria y el aprendizaje: en concreto, controlan y regulan la eficacia de la comunicación entre las neuronas, de manera que contribuyen a los procesos de transmisión y almacenamiento de información en el cerebro.

Hasta ahora se pensaba que el único cometido de los astrocitos consistía en  sostener las funciones de las neuronas y su medio extracelular. El estudio dirigido por Alfonso Araque, del instituto Cajal, revela que los astrocitos también pueden transmitir información, igual que las neuronas, al desempeñar una función fundamental en la  señalización que desencadena la potenciación a largo plazo (PLP).

Cuando las neuronas liberan el neurotransmisor acetilcolina, los niveles de calcio dentro de los astrocitos circundantes aumenta. Ese incremento en los iones de calcio es la señal molecular que indica a esas células de la glía que liberen glutamato, un neurotransmisor excitatorio del cerebro. Dicha secuencia de eventos moleculares orquestrados por astrocitos y neuronas da como resultado el PLP, una intensificación duradera en la transmisión de señales entre dos neuronas.

Experimento en vivo

La investigación se ha llevado a cabo con ratones transgénicos en los que se redujo la señal de calcio de los astrocitos. Dicha alteración demostró que los niveles de PLP también se hallaban comprometidos. Según explica Araque, esa PLP, que genera un aumento de entre un 200 y un 300 por ciento de la eficacia con que una neurona se comunica con otra, se encontraba disminuida en los ratones modificados genéticamente. Ello indica que el aumento de calcio en dichas células de la glía resulta fundamental para la liberación de glutamato y, por tanto, para la generación de PLP. En otras palabras, los astrocitos actúan como elementos activos en los procesos de señalización celular en el sistema nervioso, lo que los convierte, junto a las neuronas, en responsables de cómo se procesa y almacena la información en el cerebro.

Diana terapéutica

El hallazgo de que los astrocitos están involucrados en los mecanismos celulares que subyacen los procesos de memoria apuntan a que también pueden desempeñar una función relevante en enfermedades relacionadas con ella, como es el caso del allzhéimer. Araque cree que los astrocitos podrían ser, por tanto, una posible diana terapéutica para tratar esta dolencia.