LA SINAPSIS
Las neuronas tienen la capacidad de comunicarse entre sí y con las células efectoras. En esta comunicación están implicados dos mecanismos: la conducción del impulso nervioso y la transmisión sináptica. Las sinapsis (del griego syn: contacto, haptein: pegar = contacto bien estructurado) son uniones funcionales especializadas entre neuronas, que facilitan el paso de señales desde una neurona a otra o desde una neurona a células efectoras. Lo esencial de una sinapsis es que facilita la mezcla de señales. En estas uniones ocurren eventos concurrentes que interactúan entre sí y modulan cualquier relación particular entre sensores y efectores. Son los únicos sitios del Sistema Nervioso en donde una parte puede influir sobre otra.
Según su morfología, las sinapsis se clasifican en: axodendrítica, axosomática, axoaxónica, dendrodendrítica, dendrosomática y somatosomal. Las tres últimas son exclusivas del SNC. No existen criterios anatómicos para definir los elementos pre y post sinápticos.
Las sinapsis pueden ocurrir a) entre neuronas b) entre una neurona y una célula receptora (receptoneurales) c) entre una neurona y una célula muscular (neuromusculares) d) entre una neurona y una célula epitelial (neuroepiteliales).
Hay al menos 9 tipos de interacciones neuronales:
1) Acoplamiento Electrotónico: Existe un acoplamiento iónico entre las células. La base anatómica es el conexón de las uniones de hendidura o Gap Junctions. Los conexones son estructuras anulares de disposición hexagonal. Tienen forma cilíndrica (7, 5 nm. de longitud) y su pared está formada de 6 subunidades con forma de barra que rodean un poro de posición central (1,5 a 2 nm. de diámetro). Los conexones de ambas membranas contrapuestas se enfrentan quedando separados por un trecho de 1,5 nm. De esta manera, los poros forman un canal hidrofílico que conecta a las dos células adyacentes. A través de ellos es posible el paso de una serie de metabolitos e iones de tamaño inferior a 2 nm. La permeabilidad de las uniones de hendidura está influida por el pH, la concentración de calcio libre y el AMPc: a) ante una lesión celular, la entrada de calcio y protones produce el cierre de los poros, lo que impide la propagación de la lesión a células vecinas b) un aumento del AMPc citosolico abre los poros. En consecuencia, por el conexón es posible el flujo de corrientes catoelectrotónicas (positivas, inhibitorias) y anoelectrotónicas (negativas, excitatorias) entre dos neuronas en forma bidireccional. El acoplamiento electrotónico es común en células del SNC y astrocitos.
2) Sinapsis Eléctrica: En este tipo de unión, existe una separación de 20 a 30 nm. entre los elementos pre y post sinápticos. La corriente iónica pasa directamente y sin retardo a la neurona adyacente. Se caracteriza por presentar rectificación, es decir, la corriente pasa en un sentido preferentemente. Las sinapsis eléctricas son casi inexistentes en mamíferos, pero se han descrito algunas en los núcleos vestibulares del tronco encefálico, retina y corteza cerebral.
3) Sinapsis Química: En ellas, se libera uno o más mensajeros químicos (neurotransmisores) desde las terminales axonales, atraviesan una hendidura sináptica, y se unen a un receptor específico en la membrana postsináptica. A pesar de la gran variedad de neurotransmisores que pueden liberarse, las sinapsis son las uniones neuronales más abundantes en el SNC (se han estimado en cien billones: 1014). Son interacciones unidireccionales, es decir, las señales químicas sólo van desde la membrana presináptica a la postsináptica.
Las membranas pre y postsinaptica se sitúan paralelamente, generalmente con una convexidad hacia la membrana presináptica. La hendidura sináptica (10 a 30 nm. de ancho) contiene un material relativamente electrón-denso que participa en la cohesión de ambas membranas.
En el citoplasma del botón presináptico se observan mitocondrias y algo de REL; sin embargo, el componente más característico son las vesículas sinápticas en las cercanías de la membrana presináptica. Se encuentran exclusivamente en neuronas, tienen forma esférica con un diámetro entre 40 a 60 nm., y todas contienen la misma cantidad cuántica de neurotransmisor. La cara citosólica de la membrana presináptica contiene un material denso formado por unidades cónicas con extensión hacia el citoplasma adyacente (espinas sinápticas) que se denomina zona activa de la sinapsis o densidad presináptica. Suelen haber vesículas sinápticas asociadas a este material, especialmente entre las espinas. En la cara citosólica de la membrana postsináptica también se observa una capa discontinua de material denso menos prominente (densidad postsináptica), y en donde se anclan los receptores del neurotransmisor. El grosor de estas zonas densas puede utilizarse para clasificar las sinapsis químicas en: a) simétricas, con densidad postsináptica fina y una hendidura relativamente estrecha (20nm.). Se relacionan con respuestas postsinápticas inhibitorias b) asimétricas, en donde la densidad postsináptica es gruesa y la hendidura es de 30 nm. Se asocian con respuestas postsinápticas excitatorias.
En la membrana presináptica existe un conjunto de proteínas transmembrana que conforman canales de calcio. La llegada de un impulso nervioso al botón terminal produce una depolarización de la membrana, lo que causa la apertura de estos canales de calcio voltaje-dependientes. La entrada de calcio causa la migración y fusión de las vesículas sinápticas con la membrana presináptica, liberándose el neurotransmisor a la hendidura sináptica. El transmisor difunde rápidamente hasta alcanzar los receptores específicos en la membrana postsináptica, lo cual produce la apertura de canales y la entrada de iones. El flujo iónico resultante depolariza la membrana postsináptica y se genera el impulso nervioso en esta neurona.
4) Sinapsis Reciprocas: Son sinapsis químicas adyacentes y de polaridad opuesta, por tanto, son bidireccionales. Es posible el paso de señales excitatorias e inhibitorias. Se han localizado sinapsis recíprocas en el bulbo olfatorio.
5) Sinapsis Combinadas: La interacción neuronal consta de una sinapsis química y un acoplamiento electrotónico a la vez. La presencia de este último tipo de sinapsis hace que la interacción sea bidireccional. A través de ellas se transmiten señales excitatorias e inhibitorias.
6) Sinapsis Mixtas: Es la presencia de una sinapsis química y una sinapsis eléctrica juntas. Permite a la neurona tener una vía de comunicación rápida (sinapsis eléctrica) y otra relativamente lenta pero de acción prolongada en el tiempo (sinapsis química). Las señales son unidireccionales y pueden ser excitatorias o inhibitorias.
7) Sinapsis seriadas: Corresponde a sinapsis químicas adyacentes entre tres o más células. Esta disposición permite prolongar los efectos sobre la neurona postsináptica. Corresponde a un sistema multiplicador de señales de entrada. Existe unidireccionalidad en la transmisión de señales, las cuales pueden ser excitatorias o inhibitorias.
8) Modulación química de un Acoplamiento Electrotónico: En este caso, células acopladas son moduladas por una sinapsis química sobre ellas. Existen diversos efectos según el mensajero que use la neurona moduladora; por ejemplo, la dopamina desacopla a células de la retina, mientras que el ácido gamma-aminobutírico (GABA) aumenta el grado de acoplamiento en estas mismas células. La transmisión de señales es unidireccional y puede ser excitatoria o inhibitoria.
9) Autapsis: Existe una sinapsis química de una célula consigo misma. Esto ha sido comprobado en cultivos in vitro de neuronas aisladas, las cuales luego de unos días contacta sus prolongaciones consigo misma. No se sabe si las señales son inhibitorias o excitatorias.
En el SNC existen dos tipos de uniones intercelulares muy comunes: la zonula adherens y el punctum adherens (un tipo más pequeño de zonula adherens). Se han observado, entre dendritas, entre somas, entre dendritas y axones, dendritas y somas, prolongaciones neuronales y astrocitos, axolema y sus cubiertas, y entre segmentos axonales iniciales y terminales axonales. Su función no es sólo unir estructuras o células, sino que permite estabilizar los sitios de sinapsis y todo el sistema. De hecho, se han encontrado varias uniones estrechas cercanas a la zona activa de una sinapsis química.
ESTRUCTURA DE LOS NERVIOS PERIFERICOS
Un nervio está compuesto por varias fibras nerviosas. Cada fibra consta de un axón recubierto por células de Schwann. La mayoría de las neuronas tienen un axón con una vaina de mielina, la cual es producida por la misma célula de Schwann. Este tipo de fibras se denominan mielínicas. Otras fibras no tienen la vaina de mielina y permanecen dentro de profundos surcos de la célula de Schwann (fibras amielínicas).
Vaina de Schwann: La vaina de Schwann o neurilema está formada por largas prolongaciones aplanadas de las células de Schwann que forman un manguito alrededor de la mielina de una fibra. Estas prolongaciones contienen la mayoría de los organelos de la célula. Las células de Schwann son muy importantes para el correcto funcionamiento de los axones de nervios periféricos.
La vaina de Schwann y su mielina están segmentadas a intervalos regulares por los nodos de Ranvier. Estos representan la zona de unión entre dos células de Schwann sucesivas a lo largo del axón. En los nodos de Ranvier, el axón está solamente cubierto por pequeñas prolongaciones interdigitadas provenientes de las células de Schwann adyacentes (asas paranodales). En consecuencia, la vaina de mielina entre dos nodos de Ranvier sucesivos se denomina segmento internodal. Cada segmento está formado por una sola célula de Schwann y la vaina de mielina que rodea al axón. Suelen medir entre 200 y 1200 um largo y su longitud disminuye a medida que se alejan del soma.
Cada axón se adhiere fuertemente a la membrana plasmática de la cavidad de una célula de Schwann. Los bordes de la cavidad se enfrentan y forman el mesaxón interno, quedando estructurado por dos membranas paralelas que se extienden desde el axón hasta la superficie celular. Posteriormente, la célula se enrolla sobre sí misma y el axón, formándose así varias capas. La invaginación de membrana plasmática que va desde la superficie externa hacia la mielina se denomina mesaxón externo.
La mielina contiene gran cantidad de lípidos, ya que al enrollarse la célula de Schwann se va eliminando el citoplasma por la presión generada entre las membranas superpuestas. Sin embargo, al microscopio electrónico de transmisión (MET) se puede observar residuos de citoplasma en espiral que probablemente se continúan con el citoplasma del soma: se trata de zonas de forma cónica denominadas incisuras de Schmidt-Lantermann. Estas incisuras se observan en todos los nervios mielínicos y en cada segmento internodal pueden haber varias. No forman puntos de separación real, sino sólo áreas de separación local de las laminillas de mielina. También hay pequeñas cantidades de citoplasma en las cercanías del nodo de Ranvier (citoplasma perinodal), entre el axón y la mielina (collarete interno de citoplasma de la célula de Schwann) y alrededor de la mielina (collarete externo de citoplasma perinuclear).
Vaina de Mielina: La estructura molecular de la vaina de mielina consiste en una sucesión de capas alternantes de lípidos mixtos y proteínas, lo cual en realidad corresponde a múltiples capas de membrana plasmática de célula de Schwann enrolladas concéntricamente alrededor del axón.
La MET a alto aumento permite apreciar en la mielina una secuencia de líneas claras y oscuras cada 12 nm. En torno a cada unidad repetitiva está la línea densa principal (3 nm.) que se forma por la aposición de las superficies citoplasmáticas de la membrana plasmática de la célula de Schwann. La línea intraperiódica se sitúa entre las líneas densas principales y se forma por la aposición de las hojuelas externas de la membrana plasmática de la célula de Schwann. El espacio periaxonal se continúa con una fisura entre las hojuelas externas superpuestas del mesaxón interno; a la vez, esta fisura se conecta con una pequeña hendidura (2 nm.) entre ambas membranas denominada fisura intraperiódica. Esta fisura es continua en toda la mielina y va desde el espacio periaxonal hasta el espacio extracelular.
La célula de Schwann está cubierta externamente por una delgada lámina basal. En los nodos de Ranvier, esta lámina se invagina y cubre las asas paranodales y la superficie axonal de los nodos. En consecuencia, todas las células de Schwann y la superficie axonal de los nodos de Ranvier están cubiertos por la lámina basal de forma continua.
En el SNC, los nervios tienen mielina en cantidades relacionadas con el diámetro axonal. Las vías neuronales que recorren grandes distancias presentan gruesas vainas de mielina, por tanto, mayor velocidad de conducción. También se observan nodos de Ranvier e incisuras de Schmidt-Lantermann. Una diferencia significativa es que la mielina del SNC no es producida por las células de Schwann, sino que por los oligodendrocitos, un tipo de célula glial. Sus prolongaciones le permiten envolver su membrana y formar la vaina de mielina para una cantidad de axones que varía entre 10 y 60, a diferencia de la célula de Schwann que forma la vaina alrededor de un único axón. No existe lámina basal alrededor de los oligodendrocitos, tampoco tejido conjuntivo como ocurre en los nervios periféricos.
La mielina actúa como aislante de alta resistencia y baja capacitancia, de manera que la corriente iónica se mueve de nodo a nodo (conducción saltatoria) aumentando considerablemente la velocidad de conducción y disminuyendo el gasto de energía. La mielina cumple además una función protectora, ya que asegura la continuidad de la conducción del impulso nervioso. La función de la mielina queda claramente demostrada en las enfermedades desmielinizantes como la esclerosis múltiple, en donde la conducción es lenta y poco eficaz.
Los nervios amielínicos carecen de vaina de mielina y sólo permanecen en el interior de profundas invaginaciones de las células de Schwann rodeados de citoplasma. Los labios de la invaginación pueden estar abiertos y exponer parte del axolema a la lámina basal de la célula de Schwann, o estar cerrados y formar un mesaxón. A diferencia de los axones mielínicos, en cada hendidura de la célula de Schwann pueden haber varios axones amielínicos. La ausencia de mielina en estos axones disminuye considerablemente la velocidad de conducción. Los axones amielínicos del SNC no están rodeados de prolongaciones de células gliales, por lo que están relativamente "desnudos", en comparación a los axones amielínicos del SNP que se encuentran en las profundas hendiduras de las células de Schwann.
Componentes conjuntivos de un nervio periférico: Gran parte de un nervio está formada por fibras nerviosas y células de Schwann. Estos elementos se encuentran unidos mediante tejido conjuntivo que se organiza en tres componentes de características diferentes:
Endoneuro
Perineuro
Epineuro
El endoneuro es tejido conjuntivo laxo formado por fibrillas de colágeno, fibroblastos, macrófagos fijos, mastocitos perivasculares, capilares y líquido extracelular. Se dispone longitudinalmente, paralelo a las fibras nerviosas, entre la lámina basal de las células de Schwann y el perineuro. Las fibras de colágeno son más gruesas y mejor compactadas hacia el perineuro. Es probable que la mayoría de las fibras colágenas sean secretadas por las células de Schwann. El líquido extracelular del endoneuro está aislado del ambiente extracelular del organismo por el perineuro y epineuro. Además, el endotelio capilar posee fuertes uniones estrechas que también lo aíslan. Este aislamiento es necesario para crear el ambiente físico-químico adecuado para el axón y para protegerlo de sustancias nocivas. Sin embargo, este espacio puede ser una vía de acceso de bacterias y virus desde un nervio periférico al SNC.
El perineuro es el tejido conjuntivo que rodea un fascículo nervioso. Es más denso que el endoneuro y está compuesto de varias capas de fibroblastos aplanados rodeados de lámina basal por ambos lados. Los nervios de mayor tamaño, los fibroblastos son escasos y abundan las fibras longitudinales de colágeno y fibras elásticas. Los bordes de los fibroblastos presentan uniones estrechas, lo que forma una capa epitelioide que actúa como barrera semipermeable a diversas toxinas. La función protectora del perineuro sobre el compartimento perineural es tal, que hace innecesaria la presencia de células del sistema inmune en el endoneuro (exceptuando los mastocitos).
El epineuro es la cubierta más externa de un nervio periférico, rodea y une los fascículos nerviosos en un solo haz. Es una cubierta fuerte y gruesa formada por tejido conjuntivo denso formado principalmente por fibras longitudinales de colágeno. Suelen apreciarse también fibras elásticas gruesas, fibroblastos, mastocitos perivasculares y algunas células adiposas. Las fibras de colágeno evitan el estiramiento de los nervios, de manera que evita lesiones durante el movimiento de las partes del cuerpo o por aplicación de fuerzas externas.
En la porción proximal de los nervios craneales y espinales, el epineuro se continúa con la duramadre. Mientras se alejan de su origen y se ramifican, el epineuro disminuye de grosor y suele faltar en los nervios más pequeños. A la vez, el perineuro también va disminuyendo hacia distal hasta constituir una pequeña capa de células planas que desaparece en la porción distal de los axones. En esta porción, el endoneuro está reducido a un conjunto de fibras reticulares que rodean los axones y células de Schwann.
Los vasos sanguíneos que irrigan los nervios se encuentran en el epineuro. Sus ramas penetran hasta ubicarse en el perineuro. El endoneuro tiene escasa vascularización, por lo que la nutrición del axón depende del intercambio de sustancias por difusión desde los capilares perineurales.
Señalización sináptica
La sinapsis es el proceso esencial en la comunicación neuronal y constituye el lenguaje básico del sistema nervioso. Afortunadamente, las semejanzas de los mecanismos sinápticos son mucho más amplias que las diferencias, asociadas éstas a la existencia de distintos neurotransmisores con características particulares.
Elliot en 1904 fue el primero que sugirió la posibilidad de que la información era transferida de una neurona a otra por la liberación de una sustancia química desde las fibras nerviosas; Loewi es, sin embargo, el primero que mostró la existencia de una sustancia química en el líquido perfundido con la estimulación del nervio vago y fue su colaborador Navratil quien más tarde demostró que esta sustancia era la acetilcolina.
La sinapsis es un punto de machimbre o de enlace entre dos neuronas, la presináptica y la postsináptica. Las fibras nerviosas actúan como terminales de bujías eléctricas de los motores de explosión. Hay una luz o una brecha sináptica entre los terminales, brecha sináptica donde descargan vesículas sinápticas que difunden, ayudan a que ocurran reacciones físicas y químicas, recapturan los neurotransmisores ya usados y propagan potencial eléctrico desde una pared o membrana de la brecha o hendidura, la de la neurona presináptica, a la pared o membrana de la otra, la postsináptica.En su extremo, el axon de los nervios se ramifica en muchos terminales pequeños que llegan a estar en contacto estrecho con las dendritas de otras neuronas. Al contacto entre dos neuronas se le llama sinapsis. El axon y la dendrita nunca se tocan. Siempre hay un pequeño vacio llamado hendidura sinaptica. Cuando la señal electrica llega a un terminal nervioso, hace que el nervio libere neurotransmisores. Los neurotransmisores son agentes quimicos que viajan una corta distancia hasta las dendritas mas próximas.
A la neurona que libera el neurotransmisor se le llama neurona presinaptica. A la neurona receptora de la señal se le llama neurona postsinaptica. Dependiendo del tipo de neurotransmisor liberado, las neuronas postsinapticas son estimuladas (excitadas) o desestimuladas (inhibidas). Cada neurona se comunica con muchas otras al mismo tiempo. Puesto que una neurona puede enviar o no un estimulo, su comportamiento siempre se basa en el equilibrio de influencias que la excitan o la inhiben en un momento dado. Las neuronas son capaces de enviar estimulos varias veces por segundo.La sinapsis es un hecho comunicativo entre dos neuronas, una presináptica y otra postsináptica. Es imprescindible la conducción previa del impulso nervioso en la neurona presináptica y particularmente, en los denominados botones terminales, que son las últimas estructuras de la ramificación y diversificación axónica de la neurona presináptica. Esta circunstancia es el primer punto de acción para los fármacos y drogas que afectan a la sinapsis, pues en concreto, la modificación de la conductibilidad, aun no siendo un fenómeno tan asequible como otras etapas de la sinapsis, es uno de los caminos para la intervención de anestésicos que infiltrados a distintas concentraciones bloquean o modifican la conductibilildad.
Algunos neurotransmisores como acetilcolina (ACh), glicina, glutamato, aspartato y ácido gamma-amino butírico (GABA), tienen una actividad biológica directa aumentando la conductancia a ciertos iones por adherencia a canales iónicos activados en la membrana postsináptica. Otros neurotransmisores, como la noradrenalina (NA), dopamina (DA) y serotonina (5-HT), no tienen actividad directa pero actúan indirectamente vía sistemas de segundo mensajero para causar la respuesta postsináptica. Estos sistemas implican adenosín-monofosfato-cíclico (AMPc), guanidín-monofosfato-cíclico (GMPc), inositol trifosfato (ITP), diacil glicerol (DAG), prostaglandinas (Pgs), leucotrienos, epóxidos y Ca++.
4.2.3.1. Clases de sinapsis.
La función de la neurona es la comunicación y la función del SN es generar un comportamiento, ambos en virtud de las conexiones interneuronales. Una neurona ejerce su influencia para excitar a otras neuronas mediante los puntos de unión o sinapsis. Cada unión sináptica está formada por una parte de una neurona (terminal sináptico) que conduce un impulso a la sinapsis y por otra, de otra neurona (estructura postsináptica) que recibe el impulso en la sinapsis (Barr, 1994).El impulso nervioso debe atravesar un espacio muy pequeño (20nm), denominado hendidura sináptica que separa las estructuras pre y postsinápticas y puede propagarse en cualquier dirección por la superficie de la neurona; sin embargo la dirección que toma en condiciones fisiológicas se determina por una polarización constante que se hace en la sinapsis, donde la transmisión se efectúa del axón de una neurona a la superficie de otra neurona (Darnell, 1993).
La dinámica estructural y funcional para que se lleve a cabo una sinapsis entre dos neuronas esta dada por el movimiento, descarga, recaptación y reformación (resíntesis) de un neurotransmisor. Algunos neurotransmisores, como los péptidos, por ejemplo, son producidos en el soma, empaquetados en las vesículas que migran a través del axón mediante flujo axoplásmico por medio de los microtúbulos hacia el terminal presináptico donde se conocen con el nombre de vesículas sinápticas. La naturaleza del contenido de la vesícula sináptica varía dependiendo de la región cerebral de donde esta proceda. Cuando un impulso llega al terminal sináptico esta acompañado por la entrada de iones calcio en el citoplasma neuronal. El calcio proviene de los fluidos tisulares que están fuera de la neurona (espacio extracelular), estos iones, que han atravesado la membrana celular se unen a la molécula transportadora. Los iones calcio impulsan la migración de alguna de las vesículas sinápticas hacia la membrana presináptica, la membrana de cada vesícula sufre un proceso de fusión como la membrana presináptica, lo cual esta seguido por una expulsión rápida exocitosis del neurotransmisor libre en la hendidura sináptica (Meyer, 1985).
El neurotransmisor liberado en la hendidura sináptica interaccciona directamente con las moléculas del receptor en la membrana postsináptica. Mediante este tipo de interacción se abren un gran número de canales iónicos específicos que permiten el flujo de una corriente eléctrica, transportada por iones cargados a través de la membrana postsináptica lo que afecta al estado electroquímico de la membrana en el área inmediata al canal. De esta forma la excitabilidad eléctrica de esta pequeña porción de membrana puede aumentar o disminuir mediante despolarización o hiperpolarización de la misma. Las alteraciones eléctricas individuales de la membrana postsináptica ejercen un efecto en el potencial de membrana de la neurona, que puede llevar a la generación del impulso nervioso (Barr, 1994).
En algunos casos cuando se libera el neurotransmisor, este es inactivado generalmente por hidrólisis, los fragmentos que resultan del neurotransmisor se eliminan del sistema o se reciclan por endocitosis, en cuyo caso, los fragmentos se reincorporan a una nueva vesícula formada en la membrana presináptica. Este tipo de vesícula se conoce como vesícula encapsulada y tiene apariencia diferente a la vesícula sináptica. Los fragmentos que entran en la neurona por endocitosis son utilizados para la resíntesis del neurotransmisor (Cooper, 1994).
Existen algunos principios generales para la identificación de dos tipo de sinapsis: excitadoras e inhibidoras. Datos electrofisiológicos, muestran la distribución de las sinapsis excitadoras a nivel de la porción superior del árbol dendrítico de las neuronas centrales y de las sinapsis inhibidoras que habitualmente están unidas a los segmentos iniciales de las dendritas o a los cuerpos celulares (Bradford, 1988).
A partir de la excitabilidad de las neuronas, que es su propiedad específica, se desencadenan distintos tipos de mecanismos que trascienden a la propia neurona y que establecen una clara comunicación entre las mismas. Esto es a lo que denominamos sinapsis, una región celular clara, concreta y muy estructurada definida por el mantenimiento de un espacio interneural, y cuyo significado final es el de la comunicación interneural a la que nos referimos en términos generales como sinapsis eléctrica y sinapsis química. En el primer caso, se habla siempre de una comunicación excitatoria con la continuidad de la conducción de la excitabilidad o el impulso nervioso; en el segundo caso se habla de una comunicación excitatoria o inhibitoria mediada por una sustancia química que no es otra cosa que el neurotransmisor. La sinapsis es, sin lugar a dudas, la estructura más lábil y accesible a las distintas sustancias químicas como fármacos y drogas y, por tanto, el lugar y término de referencia más importante en los mecanismos de acción de los distintos psicofármacos.
La sumatoria de los impulsos exitatorios e inhibitorios que llegan por todas las sinapsis que se relacionan con a cada neurona( 1000 a 200.000) determina si se produce o no la descarga del potencial de acción por el axón de esa neurona
Las sinapsis suelen clasificarse en dos tipos según la transmisión del impulso: sinapsis eléctrica y sinapsis química.4.2.3.2. Sinapsis eléctrica.En este tipo de sinapsis los procesos pre y postsináptico son continuos (2 nm entre ellos) debido a la unión citoplasmática por moléculas de proteínas tubulares a través de las cuales transita libremente el agua, pequeños iones y moléculas por esto el estímulo es capaz de pasar directamente de una célula a la siguiente sin necesidad de mediación química (Barr, 1994). Corresponden a uniones de comunicación entre las membranas plasmáticas de los terminales presináptico y postsinápticos, las que al adoptar la configuración abierta permiten el libre flujo de iones desde el citoplasma del terminal presinático hacia el citoplasma del terminal postsináptico.
La sinapsis eléctrica ofrece una vía de baja resistencia entre neuronas, y hay un retraso mínimo en la transmisión sináptica porque no existe un mediador químico. En este tipo de sinapsis no hay despolarización y la dirección de la transmisión está determinada por la fluctuación de los potenciales de membrana de las células interconectadas (Bradford, 1988).
4.2.3.3. Sinapsis química.
La mayoría de las sinapsis son de tipo químico, en las cuales una sustancia, el neurotransmisor hace de puente entre las dos neuronas, se difunde a través del estrecho espacio y se adhiere a los receptores, que son moléculas especiales de proteínas que se encuentran en la membrana postsináptica (Bradford, 1988).
La energía requerida para la liberación de un neurotransmisor se genera en la mitocondria del terminal presináptico. La unión de neurotransmisores a receptores de la membrana postsinápticas produce cambios en la permeabilidad de la membrana. La naturaleza del neurotransmisor y la molécula del receptor determina si el efecto producido será de excitación o inhibición de la neurona postsináptica (Barr, 1994). Se han descrito varias formas de sinapsis según las estructuras implicadas. (Bradford, 1988).Axosomática: Sinapsis entre un axón y un soma.
Axodendrítica: Sinapsis ocurrida entre un axón y una dendrita.
Axoespinodendrítica: Sinapsis entre un axón y una espina dendrítica.
Axoaxónica: Sinapsis entre dos axones.
Dendrodendrítica: Sinapsis ocurrida entre dos dendritas.
Somatosomática: Sinapsis entre dos somas.
Dendrosomática: Sinapsis entre un soma y una dendrita.
Existen dos clases de sinapsis química: la sinapsis asimétrica o tipo I se caracteriza por la diferencia en densidad de las membranas presináptica y postsináptica, siendo más gruesa la última. Esta densidad consiste de un material proteico que puede estar asociado al receptor postsináptico; la sinapsis simétrica o tipo II se caracteriza porque las membranas presináptica y postsináptica poseen un grosor semejante (Bradford, 1988).
4.2.3.4. Mecanismos de exitación e inhibición sinaptica.
El líquido extracelular tiene una gran cantidad de concentración de iones de sodio en cambio de la concentración de iones potasio es baja, por otra parte en el citoplasma de la neurona hay una alta concentración de iones potasio y una baja concentración de iones sodio. En estado de reposo los iones sodio pueden salir de la célula por difusión mediante los canales de la membrana. Unicamente pequeñas cantidades de sodio se difunden a través de la membrana, la cual, en reposo, es poco permeable a estos iones, grandes cantidades de iones sodio penetran en el momento de la conducción de los impulsos la entrada de sodio y la pérdida de potasio intracelular encuentran la oposición de distintas proteínas de la membrana constituyendo la bomba de sodio-potasio. La bomba la produce la molécula rica en energía, el ATP, para transportar iones a través de la membrana contra un gradiente de concentración, así las concentraciones de iones en el citoplasma se mantienen mediante gasto de energía que se producen de manera importante por consecuencia de la actividad de la bomba. La diferencia que resulta de las concentraciones de iones producen en la membrana un potencial de reposo, con el interior de la neurona que alcanza aproximadamente menos 70 mV con respecto al exterior (Zimmermann, 1993).
Durante la excitación que se atribuye a una variedad de estímulos ya sean químicos o físicos, se presenta una reducción del potencial de membrana y se dice que dicha membrana se despolariza. La reducción del potencial se extiende en dirección lateral en la membrana disminuyendo su magnitud con la mayor distancia a partir del punto de iniciación. Este cambio en el grado de potencial, es el tipo único de señalización en las dendritas y en el cuerpo de la neurona (Darnell, 1993).
La producción de estímulos en cantidad e intensidad suficiente puede reducir el potencial de membrana en el segmento inicial del axón hasta 10 a 15 mV. Este es un valor que desencadena la abertura de los canales de sodio regulado por el voltaje de la membrana del axón, los iones aparecen localmente en la superficie exterior procedentes de la superficie interna disminuyendo el gradiente y la concentración y atraídos por el exceso de carga negativa en el axoplasma. El interior del axón es temporalmente de +40 mV respecto al exterior. Este cambio se llama el potencial de acción. Una vez que se generó este potencial se propaga por la membrana, en circuitos locales de corriente eléctrica, que abren los canales cercanos de sodio. El potencial de acción al desplazarse produce un impulso nervioso (Meyer, 1985).
Se dice que los estímulos que despolarizan la membrana de la neurona son excitatorios, debido a que cantidad suficiente de ellos iniciarán el potencial de acción. Algunos estímulos originan el efecto opuesto de hiperpolarización, en este caso el potencial de membrana excede la cifra del potencial de reposo -70mV. Los impulsos que causan hiperpolarización inhiben la generación de potenciales de acción, debido a que se oponen a los efectos de los estímulos despolarizantes (Zimmermann, 1993).
Primera etapa: Regulación de la síntesis del neurotransmisor.Un botón terminal en equilibrio mantiene una polarización de su membrana y una regulación de su capacidad de síntesis del neurotransmisor o de las proteínas asociadas a la consolidación de las vesículas sinápticas, de acuerdo con las exigencias funcionales de la neurona y de su propio control metabólico sobre la disponibilidad de neurotransmisor.
El neurotransmisor puede almacenarse en vesículas sinápticas, pequeños reservorios globulares que contienen receptores en su pared exterior y permiten que el neurotransmisor se libere en sitios específicos de la terminal presináptica. Se ha hecho la analogía de la terminal presináptica como un espacio donde las vesículas sinápticas, así como las mitocondrias y otras estructuras subcelulares, están flotando. Sólo en un lugar determinado de este espacio se localizan los sitios por donde el neurotransmisor puede liberarse hacia el exterior. Como si las vesículas fueran huevos que sólo pudieran acomodarse en los huecos de sus cajas, que se encuentran en el piso de este espacio. Y sólo a través de los huecos de estas cajas se puede descargar el contenido hacia el exterior. En este caso, los huecos tienen receptores que reconocen los componentes de la cáscara del huevo.
La presencia de estas vesículas y de receptores en sus membranas, y de moléculas de el neurotransmisor significa que existe todo lo necesario en el interior de la terminal para sintetizar todos estos componentes, y de mecanismos para la regulación de esta síntesis y de la liberación sináptica. La terminal presináptica tiene autorreceptores que le informan sobre los niveles del neurotransmisor en el exterior de la terminal. Si sus niveles son elevados, la terminal puede fabricar o liberar menos. Si éstos son bajos, puede hacer lo contrario. La activación, pues, de los autorreceptores puede tener efectos de estimulación o, generalmente, de inhibición de la liberación sináptica. La membrana de la terminal presináptica también posee moléculas transportadoras del mismo neurotransmisor que ellas liberan. Es un mecanismo de recaptación que sirve no sólo para ahorrar neurotransmisor al reutilizarlo, sino también contribuye a limitar sus efectos postsinápticos.
Asumiendo esta condición, la conducción de un impulso nervioso, que rompe el esfuerzo fisiológico para el mantenimiento de la polarización, produce una significativa movilización de las vesículas sinápticas que almacenan neurotransmisores, los cuales llegan a unirse a la propia membrana plasmática; y la entrada de Ca++, como consecuencia de la despolarización, que abre los canales de Ca++, rompe la anastomosis vesícula-membrana y libera al espacio sináptico el neurotransmisor. El aumento de la superficie de membrana que supone la ruptura de las vesículas sinápticas, es posteriormente restaurado por la pinocitosis interna, es decir, el desprendimiento interno de estas membranas que van a ser, desde luego, precursoras para la formación de nuevas vesículas sinápticas. Asimismo, el Ca++ que ha intervenido en el proceso es transportado extracelularmente por las proteínas transportadoras de Ca++ similares a la bomba de sodio-potasio, con lo que se vuelve al equilibrio en la neurona presináptica.
Segunda etapa: Liberación del neurotransmisor.
Una vez que el neurotransmisor ha sido liberado al espacio sináptico, se difunde por el mismo y puede seguir las siguientes rutas:
Tercera etapa: Activación de receptores.
- Fijación en los lugares específicos de membrana tanto presináptica como postsináptica, que son los receptores.
- Dispersión en el espacio sináptico y actuación fuera de la sinapsis como un neuromodulador.
- Recaptación presináptica del neurotransmisor.
- Catabolización enzimática del neurotransmisor y por tanto degradación de la estructura.
Receptores postsinápticos
Las estructuras de unión del neurotransmisor en la membrana postsináptica son proteínas específicas de membrana que constituyen los receptores postsinápticos y que son la clave del reconocimiento de la liberación de neurotransmisores presinápticos. Es decir, los receptores postsinápticos son la estructura básica para interpretar la comunicación interneuronal, constituyen, por tanto, auténticas estructuras de diferenciación neuronal a la vez que son un claro exponente de la diversidad específica.
La afinidad del neurotransmisor como ligando por el receptor postsináptico es una característica inherente a la diferenciación y especialización de las propias neuronas, hasta tal punto que un neurotransmisor determinado no produce efectos, por muy constante e intensa que sea su liberación, si la membrana postsináptica no contiene en su diferenciación los receptores específicos para ese neurotransmisor concreto.
Una vez que el receptor potsináptico y neurotransmisor se unen, aparece inmediatamente una consecuencia en la membrana postsináptica. Indudablemente, hay una alteración constitucional que puede ser suficiente para modificar los canales iónicos de polarización de esa membrana, generando rápidamente una despolarización o una hiperpolarización, lo que conllevaría un aumento de la activación o inhibición, respectivamente, de la membrana postsináptica.
Normalmente, la activación de los receptores postsinápticos por un neurotransmisor ejerce su efecto, es decir, es interpretada postsinápticamente, mediante la utilización de un neuromediador o de un segundo mensajero. En el primer caso, lo que ocurre es que la acción neurotransmisor-receptor es indirecta y necesita de una proteína de membrana mediadora ante la modificación de su permeabilidad iónica, o lo que es lo mismo, hacia la alteración de su polarización. En el segundo caso, bien por la neuromediación, bien por el complejo específico neurotransmisor-receptor, se activa un sistema enzimático de membrana, normalmente la adenilato-ciclasa, cuya actuación inmediata se realiza sobre el adenosín trifosfato (ATP) que se transforma en adenosín monofosfato cíclico (AMPc). El AMPc no sólo activa la apertura de los canales iónicos sino que también conduce la información de la actividad de membrana de la que procede, hacia las estructuras somáticas y nucleares de la neurona, por lo que las consecuencias de una comunicación interneuronal pueden perfectamente trascender a mecanismos bioquímicos que impliquen cambios estructurales y/o funcionales a partir de la utilización del segundo mensajero.
Al igual que ocurría en la segunda etapa, es decir, la dependencia del Ca++ en la liberación del neurotransmisor, todavía aquí nos encontramos con una incuestionable dependencia del Ca++ que es tanto más acusada cuanto mayor es la repercusión metabólica del AMPc.
Como resultado final de esta etapa, lo que ocurre localmente es una movilización de los canales iónicos que afectan al Na+, K+, Cl- y Ca++. Como sabemos, la polarización de la membrana establece particularmente unas concentraciones de Na+ extracelular y de K+ intracelular. Si se abre el canal de Na+, aparece una única entrada que genera automáticamente una despolarización, es decir crea un potencial postsináptico excitador. Si lo que se activa es el canal de K+, se establece una acumulación excesiva de K+ intracelular cuya consecuencia es la contraria, es decir, una hiperpolarización de la membrana y por tanto un potencial postsináptico inhibidor. La acción sobre el canal de Cl- tiene efecto cuando la membrana está ligeramente despolarizada, en cuyo caso la apertura de este canal se opone a la aparición de un potencial postsináptico excitador. Cuando la membrana está polarizada, cuyo resultado final es una clara electronegatividad intracelular, la apertura de un canal de Cl- no tiene mayor repercusión al reafirmar la electronegatividad, y además es rápidamente reequilibrada por difusión.
Por su parte los iones Ca++ situados extracelularmente actúan igual que los iones Na+; es decir, despolarizan la membrana y producen potenciales postsinápticos excitatorios, además de ser un potente activador enzimático.Receptores presinápticos o autorreceptores
Es también enormemente transcendente la activación de los receptores específicos de membrana, situados en la neurona presináptica, que responden a la liberación del neurotransmisor con la misma eficacia y afinidad que los receptores postsinápticos. Ahora bien, el resultado de este mecanismo es un servomecanismo, es decir, la autorregulación de la liberación del neurotransmisor con el fin de que la comunicación neuronal sea eficaz, ajustada y esté adecuada a los niveles de excitabilidad que han provocado los potenciales de acción en los botones terminales. Estos receptores, a diferencia de los postsinápticos, no controlan canales iónicos. Sin embargo, sí que regulan la movilización de las vesículas, intervienen esencialmente en la disponibilidad del neurotransmisor y, por tanto, en su síntesis y en su liberación. Normalmente, su control es por retroalimentación y su activación favorece los mecanismos de inhibición presináptica que, lógicamente, se asientan en el funcionamiento de los segundos mensajeros.
Cuarta etapa: Inactivación del neurotransmisorUna vez cumplido el objetivo sináptico, es decir la comunicación a la neurona postsináptica, se produce la inactivación del neurotransmisor. El mecanismo de inactivación más importante es la recaptación presináptica, que se produce no por la utilización de receptores específicos para su fijación, sino por auténticos transportadores de membrana que vuelven a incorporarlos al espacio presináptico. Estos transportadores de membrana actúan bien sobre el neurotransmisor íntegramente liberado y reconocido por sus receptores o bien sobre metabolitos intermediarios fruto de la acción catabólica de sistemas enzimáticos postsinápticos. Indudablemente, la recaptación o la degradación catabólica del neurotransmisor termina con la activación de los receptores de membrana y desde luego termina con la actividad de los neurotransmisores.
Quinta etapa: Difusión del neurotransmisor.
La ultima etapa que podemos definir en la sinapsis es la difusión del neurotransmisor. Esto nos permite incluir el concepto de neuromodulador, que produce sus efectos a grandes distancias del lugar de secreción, y que afecta a grupos neuronales y otras áreas de intervención. Este concepto es fundamental en la secreción de neuropéptidos más que de neurotransmisores clásicos, y aunque los propios neuropéptidos de secreción sináptica pueden actuar como auténticos neurotransmisores, la propia estructura de la molécula favorece su difusión y alejamiento de su actuación local, por lo que pueden ser considerados como neuromoduladores.
La naturaleza de la materia transmisora no es en realidad quien define el efecto postsináptico de la neurotransmisión, sino que es la naturaleza de los canales iónicos controlados por los receptores de membrana postsinápticos la que define el efecto excitatorio o inhibitorio; de ahí que podamos encontrarnos con efectos claramente inhibitorios de un determinado neurotransmisor que en su generalidad es excitatorio.
Sinapsis
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Conducen el impulso nervioso sólo en una dirección. Desde el terminal pre-sináptico se envián señales que deben ser captadas por el terminal post-sináptico.
Existen dos tipos de sinapsis, eléctricas y químicas que difieren en su estructura y en la forma en que transmiten el impulso nervioso.
Sinapsis eléctricas: corresponden a uniones de comunicación entre las membranas plasmáticas de los terminales presináptico y postsinápticos . las que al adoptar la configuración abierta permiten el libre flujo de iones desde el citoplasma del terminal presinático hacia el citoplasma del terminal postsináptico..
Sinapsis química: se caracterizan porque las membranas de los terminales presináptico y postsináptico están engrosadas y las separada la hendidura sinátpica, espacio intercelular de 20-30 nm de ancho. El terminal presináptico se caracteriza por contener mitocondrias y abundantes vesículas sinápticas, que son organelos revestidos de membrana que contienen neurotransmisores (Fig 1)
Al fusionarse las vesículas sinápticas con la membrana se libera el neurotrasmisor que se une a receptores específicos localizados en la membrana post-sináptica, en la cuál se concentran canales para cationes activados por ligandos
Al llegar el impulso nervioso al terminal presináptico se induce: la apertura de los canales para calcio sensibles a voltaje, el subir el ncalcio intracelular se activa la exocitosis de las vesículas sinápticas que liberan al neurotransmisor hacia la hendidura sináptica. La unión del neurotrasmisor con su receptor induce en la membrana postsinática la apertura de los canales para cationes activados por ligandos determinando cambios en la permeabilidad de la membrana que pueden: inducir la depolarización de la membrana postsinática: sinápsis exhitatorias; o hiperpolarizar a la membrana postsináticas: sinapsis inhibitorias.
La sumatoria de los impulsos exitatorios e inhibitorios que llegan por todas las sinapsis que se relacionan con a cada neurona( 1000 a 200.000) determina si se produce o no la descarga del potencial de acción por el axón de esa neurona.LA SINAPSIS
Cuando el potencial de acción llega al extremo de la fibra, debe pasar a la siguiente neurona. Primeramente se pensaba que la fibras de unas neuronas se continuaban con las fibras de otras, de manera que la señal podía pasar directamente de la una a la otra. Pero cuando el sistema nervioso se estudió con más detalle, se vio que el final de una fibra estaba separado de la siguiente por un pequeño espacio, así que era preciso algún mecanismo para que la señal “saltara” ese espacio y pasara a la siguiente neurona. Hoy sabemos que las señales “saltan” el espacio mediante una señal química. Cuando el potencial de acción llega al extremo de la fibra, hace que esta libere una sustancia química, que se denomina neurotransmisor, el neurotransmisor se une a la membrana de la siguiente neurona, y puede hacer que se produzca un potencial de acción en la siguiente neurona. Esta conexión entre una neurona y otra mediante la liberación de un neurotransmisor, se denomina sinapsis.
Grandes momentos de la Fisiología
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EL SUEÑO DE OTTO LOEWI
 Después de observar que en la sinapsis existía una separación física entre las membranas de las dos neuronas, durante muchos años resultó un misterio como se podía transmitir a través de ella el potencial de acción. En los años 20, el farmacólogo alemán Otto Loewi estaba estudiando este problema. Una noche soñó con un experimento que podría resolverlo, pero a la mañana siguiente, aunque se levantó con la sensación de haber soñado algo muy importante, no podía recordar que era. Afortunadamente, la noche siguiente volvió a tener el mismo sueño. Esta vez se levantó inmediatamente, y en plena noche se fue al laboratorio a montar el experimento que había soñado. El experimento consistía en preparar dos corazones de rana aislados (el corazón sigue latiendo mucho tiempo después de sacarlo del cuerpo). Cuando se producía un estímulo en el nervio vago, el latido en ese corazón se enlentecía. Esto ya era conocido, pero entonces tomó en líquido que bañaba ese corazón y lo pasó al otro corazón, y observó que el otro corazón también se enlentecía aunque no había sido estimulado directamente. Evidentemente, el nervio vago había liberado alguna sustancia, que podía recogerse del baño y que era la que realmente producía el enlentecimiento del corazón. Más tarde se comprobó que la sustancia liberada era la acetilcolina. Así fue como se descubrió que en las sinapsis la señal se transmite mediante la liberación de una sustancia química. |
En la terminal de la fibra existen vesículas que contienen moléculas del neurotransmisor. Cuando el potencial de acción llega al terminal, hace que las vesículas se fusionen con la membrana plasmática y se libere el neurotransmisor al exterior. Este se une a receptores, que son moléculas en la membrana de la siguiente neurona. Al unirse el neurotransmisor con su receptor produce cambios, que pueden ser por ejemplo, que se abra un canal para el paso de iones. Esto puede hacer que se produzca otro potencial de acción en la siguiente neurona. En otros casos, sin embargo la unión del neurotransmisor puede producir otros efectos, por ejemplo, dificultar que se produzca el potencial de acción.
El receptor tiene en su superficie un lugar donde se une la molécula del neurotransmisor, de manera que solo el neurotransmisor para el que está diseñado se une a ese receptor, porque otros neurotransmisores no “encajan” en el lugar de unión. El resultado es que cada neurotrasnsmisor produce unos efectos determinados, dependiendo de a qué receptores se una. Tras activar el receptor, el neurotransmisor se separa del mismo y es eliminado rápidamente, para evitar que siga haciendo efecto durante demasiado tiempo. En algunos casos el neurotransmisor es destruido por enzimas, otras veces es vuelto a captar por la terminación de la fibra nerviosa y encerrado en vesículas para ser utilizado de nuevo
Las sinapsis pueden ser excitadoras o inhibidoras
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La sinapsis no son simples repetidores que transmiten la señal de una célula a otra. Son más bien como interruptores que permiten el paso de la señal, o no lo permiten, según estén abiertos o cerrados. Si la sinapsis deja pasar el potencial de acción, la señal llega a su objetivo, y se produce una respuesta. Si la sinapsis no deja pasar la señal, la respuesta no se produce. Algunas sinapsis dejan pasar el potencial de acción, y son equivalentes a un interruptor cerrado. Otras sinapsis, en cambio dificultan el paso de la señal, es como si abrieran el interruptor.
Estas sinapsis que dejan pasar o no las señales nerviosas, son las responsables de todas las respuestas del sistema nervioso. Por ejemplo, cuando tocamos un objeto caliente, retiramos la mano inmediatamente. Esto es un ejemplo muy sencillo de un comportamiento, en que un estímulo (el calor) produce una respuesta (el quitar la mano). El calor produce potenciales de acción en las fibras nerviosas que hay en la piel, estos potenciales se propagan por la fibra hasta la médula espinal. Allí el potencial de acción pasa a través de varias neuronas, y finalmente vuelve por la fibra del nervio motor al músculo que produce el movimiento de retirar la mano. Pero si hacemos un esfuerzo de voluntad, podemos mantener inmóvil la mano sin retirarla. En este caso, las fibras que vienen del cerebro forman sinapsis inhibidoras que interrumpen la transmisión de la señal que viene de la piel, de manera que esta señal no llega al músculo y no se produce el movimiento.
¿Sabía que...?
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EL REFLEJO ROTULIANO
Una de las maniobras más características de la exploración médica es la del reflejo patelar o rotuliano, en que el médico golpea con un martillito de goma debajo de la rodilla. La respuesta normal es una extensión de la pierna. Puede provocar fácilmente ese reflejo en sí mismo de la siguiente manera: siéntese en un lugar alto y cruce una pierna por encima de la otra de manera que aquella quede colgando y pueda oscilar libremente. Dé un golpe suave con el canto de la mano debajo del hueso de la rodilla (puede necesitar varios intentos hasta que encuentre el lugar exacto) y la pierna se extenderá, en un movimiento involuntario.
Este reflejo es en realidad una manifestación secundaria de un mecanismo muy importante para mantener la postura del cuerpo. En los músculos hay unos órganos que miden la longitud del músculo, y que se activan si este es estirado. Si una fuerza externa trata de modificar la postura (por ejemplo, forzarnos a flexionar la pierna) se estira el músculo correspondiente, este envía señales al médula avisando del cambio de posición, y la médula automáticamente envía órdenes para que el mismo músculo que ha sido estirado se contraiga, con lo que se vuelve a la posición inicial.
Cuando se golpea debajo de la rodilla se tira del tendón correspondiente al músculo que extiende la pierna, ese tirón estira el músculo y desencadena la contracción del mismo. La exploración de este reflejo proporciona información muy importante al médico, porque si existe una lesión en los nervios que vienen de la pierna o van a ella, o en la parte de la médula espinal que controla estos músculos, el reflejo no se producirá. En cambio si la lesión está en otro lugar del sistema nervioso (por ejemplo, en el cerebro), el reflejo seguirá produciéndose.
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