La Neurona y su funcionamiento.
Introducción.
Con el afán de comprender cómo están formadas las neuronas y cúal es la relación entre estas y otras estructuras del sistema nervioso debemos comprender la interacción y cada una de las funciones que estas tienen en el ecosistema nervioso.
Las neuronas son células del sistema nervioso que transmiten información a otras células nerviosas, músculos o glándulas.
Las neuronas están especializadas en la recepción, procesamiento y emisión de información mediante mecanismos químicos y eléctricos que están fundamentalmente asociados a su membrana plasmática. Estas funciones no las puede realizar una célula individualmente, sino que lo hacen grupos más o menos numerosos de neuronas conectadas entre sí formando circuitos. La mayoría de las neuronas están formadas por un cuerpo celular, un axón y dendritas. El axón se extiende desde el cuerpo celular y a menudo da lugar a muchas ramas más pequeñas antes de terminar en las terminales nerviosas. En el cuerpo celular se encuentra el núcleo y el citoplasma. Las dendritas se extienden desde el cuerpo de la neurona y reciben mensajes de otras neuronas que están cubiertas con sinapsis formadas por los axones de otras neuronas. Las sinapsis son los puntos de contacto donde una neurona se comunica con otra. gracias a las cuales se establecen circuitos neuronales. Algunas neuronas se comunican con las células musculares mediante sinapsis especializadas denominadas placas motoras.
El cerebro de los mamíferos contiene entre 100 millones y 100 mil millones de neuronas, según la especie.
A diferencia de la mayoría de las células del organismo, las neuronas carecen de capacidad de almacenamiento de energía, por tanto, necesitan un aporte constante de glucosa y oxígeno circulante. Esto explica las consecuencias graves que tiene una disminución considerable del flujo sanguíneo cerebral.
Cuando las neuronas reciben o envían mensajes, transmiten impulsos eléctricos a lo largo de sus axones, que pueden variar en longitud desde una pequeña fracción de centímetro, hasta aproximadamente un metro o más. Muchos axones están cubiertos con una vaina de mielina en capas, que acelera la transmisión de señales eléctricas a lo largo del axón. Esta vaina está formada por células especializadas llamadas glía. En el cerebro, la glía que forma la vaina se llama oligodendrocitos, y en el sistema nervioso periférico, se conocen como células de Schwann.
Los oligodentrocitos son un tipo de célula glial que se encuentra exclusivamente en el sistema nervioso central, es decir, en el encéfalo y en la médula espinal. Estas células crean vainas de mielina alrededor de los axones de las neuronas, aislándolos y aumentando la velocidad de transmisión de los impulsos electroquímicos que los recorren.
En algunos axones las vainas de mielina están separadas en secciones; los espacios no mielinizados se denominan “nódulos de Ranvier”. Estos puntos permiten la conducción saltatoria de los impulsos neurales: en los nódulos de Ranvier los intercambios iónicos con el espacio extracelular regeneran los potenciales de acción, acelerando aún más la transmisión.
La mielinización empieza a producirse antes del nacimiento, pero continúa durante las primeras tres décadas de la vida. os oligodendrocitos pueden llegar a cubrir unos 50 axones distintos gracias a sus múltiples prolongaciones.
El cerebro contiene al menos diez veces más glía que neuronas. La Glía realiza muchos trabajos. Entre ellos transporta nutrientes a las neuronas, limpia los desechos cerebrales, ayuda a mantener las neuronas en su lugar y digiere partes de neuronas muertas, regulan el crecimiento de dendritas y axones, reparan lesiones celulares, dirigen la migración neuronal durante el desarrollo embrionario.
Entre las células de glía más numerosas encontramos los astrocitos, que dan estructura a la barrera hematoencefálica (permitiendo el aporte de nutrientes y la limpieza de deshechos en el sistema nervioso), la microglía, que cumple funciones inmunitarias y de regeneración, y las células de Schwann, encargadas de la formación de mielina en el sistema nervioso periférico.
El conjunto compuesto por los oligodendrocitos y los astrocitos, que también se sitúan en el sistema nervioso central, es denominado “macro glía” por el notable tamaño de estos dos tipos de célula en comparación con el resto de glía, especialmente la microglía.
Se han encontrado dos tipos principales de oligodendrocito: los interfasciculares y los satelitales. Estas dos subclases de célula glial se diferencian principalmente en sus funciones,
Los oligodendrocitos interfasciculares, que forman parte de la materia blanca del encéfalo y le dan su color característico, son el tipo básico; cuando se habla de “oligodendrocitos” lo más habitual es que se esté haciendo referencia a estos, puesto que son las células que se ocupan de la formación de las vainas de mielina, el rol principal que se atribuye a los oligodendrocitos.
Por otra parte, los oligodendrocitos satelitales se incluyen en la sustancia gris debido a que no están implicados en la mielinización. Tampoco se adhieren a las neuronas, de modo que no cumplen un rol de aislamiento. Por el momento no se conoce con exactitud cuáles son las funciones de estos oligodendrocitos, más que son muy relevantes para mantener el equilibrio homeostático del medio extracelular de las neuronas junto a las que se sitúan. Los axones mielinizados envían potenciales de acción a una velocidad mucho mayor que los que no lo están, especialmente si contienen nódulos de Ranvier. Un ritmo adecuado de conducción neural permite el correcto funcionamiento del sistema muscular y del hormonal, entre otras funciones organísmicas, y se ha relacionado también con la inteligencia.
Las vainas de mielina también aíslan los axones neuronales del medio extracelular; esta función previene la filtración de iones a través de la membrana celular.
Las células gliales en general cumplen el importante papel de mantener la estructura de las redes de neuronas. Estas células son poco sólidas por sí mismas, de modo que necesitan el soporte físico de la glía, incluyendo los oligodendrocitos, los cuales producen diversos factores neurotróficos, proteínas que al interactuar con neuronas favorecen que se mantengan activas, impidiendo la apoptosis o muerte celular programada. Además, promueven la diferenciación celular requerida para la formación de neuronas.
Anatomía externa de la neurona.
Las neuronas reciben estas señales de las neuronas vecinas a través de sus dendritas. A partir de ahí, la señal viaja al cuerpo principal de la célula, conocido como soma. Después la señal sale del soma y viaja por el axón hasta la sinapsis. Las capas de mielina cubren el axón y funcionan como aislantes para ayudar a mantener la señal eléctrica dentro de la célula, lo que hace que se mueva más rápido. Como paso final, la señal sale a través de la sinapsis para ser transmitida a la siguiente célula nerviosa. Como la mayoría de las otras células del cuerpo, las neuronas tienen un núcleo que contiene el ADN de la célula.
Cuerpo
Por lo tanto, es aquí donde hay todo el material genético de la neurona y también donde se sintetizan todas las moléculas necesarias tanto para permitir su propia supervivencia como para garantizar que las señales eléctricas se transmiten adecuadamente.
Dendritas.
Axón.
Transporte Axoplasmático.
El transporte a lo largo del axón recibe el nombre de transporte axoplasmático. Por medio de este transporte se transportan proteínas, diferentes orgánulos y moléculas. El transporte axoplasmatico puede ser de 2 tipos:
Anterógrado: Transporta las sustancias desde el cuerpo celular hacia el final del axón.
Retrógrado: Transporta las sustancias desde el final del axón hacia el cuerpo celular.
Núcleo.
Vaina de mielina.
La mielina es una sustancia compuesta de proteínas y grasas que rodea el axón de las neuronas y que es imprescindible para permitir que el impulso eléctrico viaje a través de este a la velocidad correcta. Si hay problemas en la formación de esta vaina de mielina, como por ejemplo sucede con la esclerosis múltiple, los impulsos y respuestas se vuelven cada vez más lentos.
Sustancia de Nissl.
La sustancia de Nissl, también conocida como cuerpos de Nissl, es el conjunto de gránulos presentes en el citoplasma de las neuronas, tanto en el cuerpo como las dendritas, pero no en el axón. Su principal función es la de ser una “fábrica” de proteínas, las cuales, en el caso de las neuronas, deben ser muy especiales para permitir la correcta transmisión de impulsos eléctricos.
Nódulos de Ranvier.
Por lo tanto, los nódulos de Ranvier son pequeñas regiones del axón que no están rodeadas por mielina y que lo exponen al espacio extracelular. Son imprescindibles para que la transmisión del impulso eléctrico suceda adecuadamente ya que a través suyo entran electrolitos de sodio y potasio, vitales para que la señal eléctrica viaja correctamente (y a más velocidad) por el axón.
Botones sinápticos.
Los botones sinápticos son las ramificaciones que presenta el axón en su parte terminal. Por lo tanto, estos botones sinápticos son similares a las dendritas, aunque en este caso tienen la función de, una vez el impulso eléctrico ha atravesado el axón, liberar al medio externo los neurotransmisores, que serán captados por las dendritas de la siguiente neurona.
Cono axónico.
Anatomía interna de la neurona.
Al igual que las otras células, las neuronas están formadas por el núcleo celular, la membrana citoplasmática y, entre el núcleo y la membrana, el citoplasma. En el citoplasma encontramos numerosos orgánulos, que son los mismos en las neuronas que en las otras células del cuerpo.
Citoplasma.
El RER cumple la función de síntesis de proteínas colaborando también en la producción de vesículas de transporte junto con el complejo de Golgi.
Las neuronas poseen un gran número de mitocondrias dispersas en el citoplasma. Pueden tener forma de bastón o filamento y son más delgadas que las de otras células.
Mitocondria.
A pesar de lo anterior, dependen de los genes nucleares para la producción de la mayor parte de sus proteínas, que son marcadas específicamente durante su traducción en el citosol para ser transportadas hacia la mitocondria.
Las mitocondrias se dividen y multiplican independientemente de las células; su división ocurre por mitosis, lo que resulta en la formación de una copia más o menos exacta de cada una. En otras palabras, cuando estos orgánulos se dividen lo hacen “partiéndose a la mitad”.
La cantidad de mitocondrias en las células eucariotas depende enormemente del tipo de célula y su función; es decir en un mismo tejido de un organismo multicelular unas células pueden tener mayor número de mitocondrias que otras. Ejemplo de esto son las células musculares cardíacas, que poseen abundante número de mitocondrias.
Es el lugar dónde se produce la respiración celular: se fabrica energía por la combinación de nutrientes y oxígeno. Esta energía se almacena en forma de ATP (Adenosín TriFostato). Estas moléculas de ATP vienen a ser una molécula de Adenosín unida a tres grupos Fosfatos, y son muy ricas en energía. Esta energía contenida en las moléculas de ATP estará disponible para cuando la célula la necesita para sus procesos celulares.
Aparato de Golgi
Es el conjunto de vesículas aplanadas y apiladas que están formadas por lipoproteínas y lípidos. Su función es elaborar las secreciones del tipo de tejido al que pertenecen Si la neurona no es muy grande sólo tiene uno. Es un retículo endoplasmático liso especializado en modificar macromoléculas (proteínas), seleccionarlas y almacenarlas en una espécie de bolsas formadas por membrana, llamadas vesículas o gránulos. Estas vesículas se desprenden del aparato de Golgi con las moléculas seleccionadas y las trasladan a los lugares de la célula dónde sean necesarias. En el citoplasma hay también unas partículas llamadas filamentos proteicos, formadas por proteínas; Los microtúblos que son los de mayor tamaño, los neurofilamentos y los microfilamentos que son los de menor tamaño.
Los microtúblos y los microfilamentos se dan por igual en todas las células del cuerpo. Los neurofilamentos, en cambio, son específicos de las neuronas. Los filamentos proteicos forman la estructura de la célula. Además, sirven para transportar sustancias entre diferentes lugares de la célula. esto es muy importante en las neuronas debido a lo largo que puede ser el axón, (de hasta 1 mt).
Ribosomas
Son los lugares de la célula dónde se sintetizan las proteínas a partir de la información genética. Son de apariencia globular y están constituido por dos subunidades. Se generan en el núcleo y su composición está basada en agua, ARN (Acido Ribonucleico) y proteínas. Su principal misión es participar en la síntesis de las proteínas. La actividad muscular se encuentra vinculada con este organismo porque los nutre de las proteínas que pierde el cuerpo cuando se encuentra en actividades deportivas.
Retículo Endoplasmático.
Son sistemas de membrana que se extienden por todo el citoplasma. Hay de 2 tipos:
Retículo endoplasmático liso: relacionado con el metabolismo de los lípidos (síntesis y degradación de los lípidos).
Retículo endoplasmático rugoso: se caracteriza por tener ribosomas adheridos a sus paredes exteriores. Está relacionado con la síntesis de proteínas (las cuáles se sintetizan en los ribosomas y van entrando al retículo).
Tambien se encargan de registrar o evaluar el interior del citoplasma. Este conjunto de membranas es muy similar a la citoplasmática. Su función tiene como objetivo participar en la formación de lípidos y hormonas. Adicionalmente puede transportar varias sustancias como proteínas y grasas.
Membrana nuclear.
Consta de dos capas, pero su estructura es similar a la citoplasmática. Presenta ribosomas en la superficie de la capa externa y también unos poros que facilitan el intercambio de fluidos del núcleo con el citoplasma. Esta membrana es fundamental durante el período interfásico para la vida de la célula.
Definición y tipología de las neuronas.
Las neuronas pueden agruparse en grupos en función de distintos parámetros. Ya sea según su función, su estructura y el tipo de sinapsis que realizan.
Según su función.
Las neuronas siempre cumplen con la función de transmitir señales químicas, aunque la finalidad de estas puede variar, por lo que se clasifican de la siguiente manera:
Neuronas sensoriales.
Las neuronas sensoriales son aquellas que transmiten las señales eléctricas desde los órganos sensoriales hasta el sistema nervioso central, es decir, el cerebro. Por lo tanto, son las neuronas que, partiendo desde los órganos de la vista, el olfato, el tacto, el gusto y el oído, envían la información al cerebro para que sea interpretada.
Neuronas motoras.
Las neuronas motoras tienen el flujo de dirección inverso, es decir, estas envían la información desde el sistema nervioso central hasta los órganos y tejidos encargados del movimiento voluntario e involuntario. Las neuronas motoras permiten, tanto que movamos las piernas cuando lo deseemos, como que el corazón lata sin pensar en ello.
Interneuronas.
Las interneuronas tienen un flujo de información que solo se da entre neuronas y cumplen con las funciones más complejas del sistema nervioso. Su naturaleza continúa siendo un misterio, aunque se sabe que intervienen en los pensamientos, los recuerdos, los reflejos, los razonamiento, entre otros.
Según su morfología.
Por regla general, toda neurona tiene tres partes básicas: el soma (cuerpo de la neurona donde está el núcleo y de donde se prolongan las otras partes), el axón (filamento a través del que se transmiten los impulsos nerviosos) y las dendritas (pequeñas prolongaciones que rodean el soma y que captan los neurotransmisores).
Pese a ello, pueden adoptar muchas formas distintas. A si que dependiendo su estructura las podemos clasificar en:
Neuronas unipolares.
Las neuronas unipolares son propias de los animales invertebrados, es decir, los humanos no las tenemos. Se trata de neuronas más sencillas en cuanto a su estructura, pues el soma no tiene dendritas. El axón cumple tanto con la función de transmitir los impulsos eléctricos como de detectar la presencia de neurotransmisores.
Neuronas pseudounipolares.
Las neuronas pseudounipolares sí que se encuentran en animales superiores y, pese a que puedan parecer que sean unipolares, lo cierto es que en la punta del axón hay una bifurcación, dando lugar a dos prolongaciones. Una actúa transmitiendo los impulsos eléctricos y otra recibiendo la información. Son las neuronas más comunes en el sentido del tacto y de la percepción del dolor.
Neuronas bipolares.
Las neuronas bipolares tienen un axón que transmite los impulsos eléctricos y una dendrita (pero solo una) que se encarga de captar los neurotransmisores durante la sinapsis. Están especialmente presentes en la retina, cóclea, vestíbulo y mucosa olfatoria, es decir, participando en los sentidos de la vista, oído y olfato.
Neuronas multipolares.
Las neuronas multipolares son las más abundantes y, precisamente por ello, es la morfología que se nos viene a la cabeza cuando hablamos de neuronas. Las multipolares tienen un axón que transmite las señales eléctricas y muchas dendritas encargadas de captar los neurotransmisores.
Según el tipo de sinapsis.
Tan importante es excitar la funcionalidad de las neuronas como inhibirlas, pues las neuronas no pueden estar enviando constantemente información y señales químicas. También deben detenerse cuando sea necesario. Por lo tanto, hay neuronas que, con sus conexiones, consiguen hacer que las otras se exciten y empiecen a enviar impulsos al sistema nervioso central o a los órganos motores, mientras que hay otras que “frenan” a las demás para que no se sobreexciten, pues no tienen que estar siempre activas.
Neuronas excitatorias.
Son las neuronas cuya sinapsis va enfocada a que la siguiente neurona de la red se active y siga transmitiendo un impulso eléctrico para continuar el envío del mensaje. Es decir, son las neuronas que producen unos neurotransmisores que actúan como “detonantes” de la funcionalidad de la neurona siguiente. El glutamato y el aspartato son los principales neurotransmisores excitadores. Más del 80% de las neuronas son de este tipo, pues son las encargadas de transmitir la información tanto desde los órganos sensoriales hasta el sistema nervioso central como del cerebro hasta los órganos y tejidos motores.
Neuronas inhibitorias.
Son las neuronas cuya sinapsis va enfocada a que la siguiente neurona de la red siga estando inactiva o que deje de estar excitada. Las neuronas inhibitorias son las que fabrican unos neurotransmisores que actúan como “calmantes” para las siguientes neuronas, es decir, frenan su actividad o evitan que se exciten para asegurar que el cerebro no reciba informaciones erróneas y que los mensajes a los músculos motrices no se transmitan incorrectamente. El GABA y la glicina son generalmente inhibidores.
Neuronas moduladoras.
Las neuronas moduladoras ni excitan ni inhiben la funcionalidad de otras neuronas, sino que regulan el modo en el que estas realizan la sinapsis. Es decir, “controlan” la manera en el que las otras neuronas se comunican entre sí.
Como nos hemos percatado clasificar a las neuronas en tipos es complicado puesto que la diversidad en morfología, conexiones, neurotransmisores o propiedades eléctricas es enorme.
Además de los anteriores clasificaciones a las neuronas también se les puede clasificar según el neurotransmisor que liberen. Por ejemplo, las neuronas que liberan acetilcolina se denominan colinérgicas, aquellas que liberan dopamina, dopaminérgicas, las que liberan GABA, GABA´ergicas, etcétera.
Estructura y funcionamiento de la membrana celular.
Estructura de la Membrana Citoplasmática
Función primaria de la membrana citoplasmática.
La membrana citoplasmática en su cara externa tiene funciones importantes con las células que la rodean, por ello, las proteínas vinculadas a los receptores moleculares son las encargadas de reconocer las hormonas y las respuestas inmunológicas del organismo.
La membrana separa al citoplasma del medio externo y éste es el contenido celular de un núcleo.
El citoplasma presenta una sustancia que es formada por una solución coloidal que está compuesta por sustancias orgánicas, inorgánicas y agua, conocido como citosol.
Para el organismo es muy importante el citosol porque gracias a él se produce un porcentaje elevado del metabolismo celular y también aloja los orgánulos citoplasmáticos.
Orgánulos citoplasmáticos.
Los orgánulos citoplasmáticos están compuestos por membranosos y no membranosos.
Membranosos.
Son los que presentan una membrana que se vincula con el citoplasma de la célula procariota, de los cuales se mencionan a continuación:
Lisosomas.
Están compuestos por enzimas que son producidas o creadas por el aparato de Golgi y a su vez por el Retículo Endoplasmático. Se encargan de la digestión celular, la cual se desarrolla en las partículas ingeridas por las células producto de la endocitosis.
No membranosos.
Como su nombre lo indica son aquellas que no poseen membranas y se dividen en:
Centriolos.
Que se componen de proteínas y son una pieza importante en la división celular por mitosis.
Núcleo.
Posee una forma esférica y se encuentra formado por la membrana nuclear, la cual demarca el factoroplasma, lugar donde se están inmersos los cromosomas y nucléolos.
Potenciales de membrana.
Potencial de membrana en reposo.
Toda célula está delimitada por una membrana plasmática formada por una bicapa de lípidos, lo que le confiere un carácter hidrofóbico. No obstante, la membrana es semipermeable a una variedad de moléculas, lo que resulta en una diferencia en la composición del citoplasma y el medio extracelular. Entre los componentes cuya concentración es importante para la función celular se destacan los iones, siendo los más abundantes Na+, K+, Ca++ y Cl-
Bajo ciertas condiciones la membrana permite el paso de iones, lo que genera un flujo de corriente que depende de la permeabilidad relativa de la membrana a los diferentes iones. Al pasar los iones a favor de su gradiente de concentración se genera una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana, llamado potencial de membrana, que se mide en voltios (V). Es de crucial importancia comprender que dicho potencial de membrana será determinado solo por las concentraciones iónicas a cada lado de la membrana y por la permeabilidad de la misma membrana a cada ion.
Para comprender cómo se genera el potencial de la membrana, un concepto importante es el potencial de equilibrio. Considérese que debido a la diferencia de concentraciones de iones a través de la membrana, se genera un gradiente químico que favorece el paso de iones cuando se abren canales de la membrana, estos iones pasan a favor de su gradiente químico y gradualmente generan un potencial eléctrico transmembranal que se opone al flujo de iones impulsado por el gradiente químico, dicho potencial eléctrico aumenta hasta alcanzar un estado de equilibrio donde el flujo neto (Flujo en una dirección debido al potencial químico - Flujo en dirección opuesta debido al potencial eléctrico) sea igual a cero. A este estado se le llama potencial de equilibrio. Es decir, la membrana está polarizada de tal manera que el interior celular, es más negativo que el exterior.
La permeabilidad de la membrana a los diferentes iones está dada por la existencia de proteínas transmembranales llamadas canales iónicos. Al abrirse, los canales iónicos permiten el paso selectivo de iones a favor de su gradiente electroquímico.
Excitabilidad y potencial de acción.
Una de las principales características de las neuronas es la capacidad de procesar información mediante cambios en el potencial de membrana de su membrana plasmática. El potencial de membrana es la diferencia de cargas eléctricas entre el exterior y el interior celular, lo cual se debe a una distribución desigual de iones a un lado y otro. Los iones implicados son principalmente el sodio (Na+), el potasio (K+) y el cloro (Cl-), además del calcio (Ca2+). Sodio, cloro y calcio están más concentrados fuera que dentro de la neurona, mientras que el potasio está más concentrado dentro. Esto implica que la carga eléctrica extracelular debido a los iones es positiva respecto a la intracelular, estableciéndose así un gradiente eléctrico. El potencial en reposo es de unos -70 mV, el cual se crea y se mantiene con bombas de membrana que sacan y meten iones en contra de sus gradientes con gasto de energía Los neurotransmisores, mediados por sus receptores de membrana, causan cambios en el potencial de membrana: si aumenta, es decir, se hace más negativo, se llama hiperpolarización (inhibición; por lo que disminuye la posibilidad de que se genere un potencial de acción en la neurona pos sináptica) y si disminuye, es decir, se hace más positivo, despolarización (excitación; aumentando la posibilidad de generar un potencial deacción). Estos cambios de potenciales es lo que las neuronas manejan como información.
Cuando la información, es decir, un cambio en el potencial de membrana, se integra en las dendritas y en el soma de la neurona, y una despolarización consigue llegar hasta el segmento inicial del axón, entra en funcionamiento un mecanismo de propagación de dicha despolarización en la membrana del axón que permite transmitirla a lo largo de todas las ramas y colaterales del árbol axónico, llegando a todos los terminales axónicos que forman sinapsis donde se desencadena la liberación del neurotransmisor o neurotransmisores presentes en las vesículas sinápticas. La descarga eléctrica que se propagada por los axones es lo que se llama potencial de acción. Cuando se produce un cambio en el potencial de membrana, bien sea una despolarización o una hiperpolarización, la concentración de iones a uno y otro lado de la membrana tiende de nuevo a su potencial de reposo, (unos -70 mV), gracias a las bombas de iones responsables de restablecer las concentraciones existentes antes de la perturbación, dejando así la membrana receptiva para un nuevo estímulo.
Proceso de sinapsis.
Las sinapsis son estructuras celulares donde se intercambia información entre dos neuronas. En ellas participan tanto la neurona que emite la información (neurona presináptica) como la que la recibe (postsináptica). Hay dos tipos de sinapsis en el sistema nervioso: las químicas y las eléctricas.
Sinapsis químicas.
En las sinapsis químicas el elemento presináptico es normalmente un terminal axónico y el elemento postsináptico normalmente una dendrita o una espina dendrítica. Ambos elementos están separados por una hendidura sináptica, o espacio sináptico, de unos 20-30 nanómetros. El proceso básico de comunicación consiste en la llegada de una señal eléctrica (potencial de acción) al elemento presináptico, la cual provoca la exocitosis de vesículas que se encuentran en dicho compartimento. Durante este proceso se liberan a la hendidura sináptica las moléculas que se encontraban en el interior de dichas vesículas. Estas moléculas se denominan neurotransmisores, los cuales difunden hasta el elemento postsináptico, donde serán reconocidos por receptores de membrana a los que se unirán. Dicha unión, según el tipo de receptor activado, puede desencadenar una cascada de señalización en el interior del elemento postsináptico o un cambio en su potencial de membrana, o ambos a la vez. De esta manera la señal eléctrica de la neurona presiptica se convierte en una señal química o eléctrica en la neurona postsináptica.
Cada neurona participa en multitud de contactos sinápticos. Sumados los que se forman en sus dendritas y soma, junto con los que realizan sus terminales axónicos, se cuentan por miles los contactos en los que una neurona puede participar. Se piensa que cada neurona recibe información, de promedio, a través de unas 10.000 sinapsis y que envía información a través de otras 1.000. Si esto lo multiplicamos por el numero de neuronas en un encéfalo, por ejemplo, de un humano adulto, nos podemos hacer una idea del enorme número de puntos de comunicación (entre 100 y 500 billones) y de la complejidad del sistema nervioso.
Tipos de sinapsis químicas.
La sinapsis más común es la que se estable entre un terminal axónico y un elemento dendrítico,bien sobre la propia dendrita o sobre una espina dendrítica. A este tipo de sinapsis se les llama axo-dendríticas o axo-espinosas, respectivamente. Se nombra en primer lugar el elemento presináptico seguido del postsináptico. Así hay axo-somáticas, axoaxónicas y dendro-dendríticas. No se han encontrado somato-axónicas. También se ha demostrado que algunas neuronas son capaces de hacer sinapsis consigo mismas, es decir, uno de sus terminales axónicos forma una sinapsis con una de sus dendritas. A este tipo de sinapsis se les llama autapsis. Por ultimo, las neuronas que contactan con los músculos provocando su contracción, forman unas sinapsis muy grandes denominadas placas motoras, en las que el elemento presináptico es un terminal axónico y el postsináptico una célula muscular.
Existe una clasificación de las sinapsis basada en sus características morfológicas observadas con el microscopio electrónico de transmisión, distinguiéndose sinapsis tipo I y tipo II.
Las tipo I son aquellas en las que las proteínas asociadas a la membrana del elemento postsináptico forman un cumulo mucho mayor que las que se asocian con la membrana del elemento presináptico. Por ello, estas sinapsis también se denominan asimétricas y se ha demostrado que en su gran mayoría provocan despolarización (excitación) de la neurona pos sináptica.
Las sinapsis tipo II tienen aspecto de simétricas, es decir, las membranas pre- y postsinápticas presentan cúmulos proteicos similares. Estas sinapsis normalmente tienen como elementos postsinápticos a los cuerpos celulares de las neuronas, los troncos de las dendritas y los propios axones. Se ha demostrado que en la mayoría de los casos producen hiperpolarización (inhibición) de la neurona postsináptica.
Plasticidad
Las sinapsis químicas no son estructuras fijas, de tal forma que puede cambiar el tamaño de los elementos presinápticos y postsinápticos, puede variar el número de receptores, el número de vesículas o la forma de la superficie de membrana del contacto sináptico, y todo ello en función de la actividad de dicha sinapsis. Esta capacidad de cambio se denomina plasticidad sináptica. El cambio (o cambios) que potencia o debilita la comunicación sináptica en función de la actividad neuronal y que se mantiene en el tiempo se denomina potenciación a largo plazo (LTP, del inglés “long term potentiation”) o depresión a largo plazo (LTD, del inglés “long term depression”), y se cree que estos cambios son la base para la formación de recuerdos o el almacén de información (memoria). Un recuerdo no sería una sinapsis, sino la actividad de una red de neuronas conectadas con sinapsis modificadas.
Sinapsis eléctrica.
Las sinapsis eléctricas son uniones en hendidura que se establecen entre dos neuronas contiguas. Son mucho menos frecuentes que las sinapsis químicas. Las uniones en hendidura contienen unos complejos proteicos denominados conexones que permiten la comunicación directa entre citoplasmas vecinos. A través estos complejos pueden difundir iones de modo que una despolarización de membrana se puede transmitir casi instantáneamente a la célula adyacente, sin necesidad de la mediación de neurotransmisores. También pueden cruzar la unión en hendidura otras moléculas tales como segundos mensajeros, ATP, etcétera. Esta comunicación es bidireccional, aunque las neuronas pueden regular el flujo de información mediante la apertura o cierre del complejo de conexones. La comunicación es mucho más rápida que la de las sinapsis químicas y por ello está presente en circuitos que requieren una gran rapidez en la comunicación o cuando se necesita coordinar la actividad de poblaciones celulares (un ejemplo son las vías que participan en los reflejos vestíbulo-oculares). Este tipo de sinapsis se encontró por primera vez en fibras gigantes del ganglio abdominal de cangrejo de río y después en muchos vertebrados, principalmente en peces.
Tipos de neurotransmisores.
Neurotransmisores.
Los neurotransmisores son las moléculas que comunican las neuronas entre sí. Son liberados principalmente desde el terminal presináptico y viajan por la hendidura sináptica hasta la membrana del elemento postsináptico, donde son reconocidos por receptores de membrana que traducen la señal mediante cambios en el potencial de membrana o generando una cascada de señalización citosólica. Los neurotransmisores pueden ser aminoácidos como el glutamato, ácido gamma-aminobutírico (GABA) o el aspartato, monoaminas como la dopamina, la serotonina o la adrenalina, polipéptidos como la somatostatina, el neuropéptido y o la sustancia P, pero también hay otros tipos de neurotransmisores como la acetilcolina, la adenosina o la taurina.
Desarrollo y plasticidad de las neuronas.
Redes neuronales antes de entrenar.
Redes neuronales 2 semanas después de la estimulación cognitiva.
Redes neuronales 2 meses después de la estimulación cognitiva.
El establecimiento de la morfología neuronal es un proceso complejo puesto que las dendritas y los axones siguen mecanismos diferentes. Esto es así puesto que tienen funciones y formas finales muy diferentes.
Por ejemplo, en la gran mayoría de las neuronas hay un solo axón que normalmente se extiende a grandes distancias desde el cuerpo celular y hace cientos de sinapsis. Las dendritas, sin embargo, tienen una ramificación y extensión próxima al cuerpo celular y, normalmente, hay varias dendritas primarias, aquellas que salen directamente del cuerpo celular por neurona.
La formación del axón se produce por una protrusión citoplasmática que sale desde el cuerpo celular o desde una dendrita primaria. Si esta expansión inicial se corta, la neurona es capaz de generar otra. En el extremo del axón en crecimiento se forma una estructura de mayor tamaño denominada cono de crecimiento, el cual se encarga de elegir el camino por el que se extenderá el axón y las ramificaciones que sufrirá. En el cono de crecimiento se forman numerosas micro-expansiones delgadas y cilíndricas del citoplasma denominadas filopodios y otras más aplanadas denominadas lamelipodios, los cuales se crean, se extienden y se destruyen continuamente. Son como pequeños tentáculos que tantean el terreno por donde va creciendo el axón. Los podios se crean y se transforman gracias a la polimerización de los filamentos de actina. Un cono de crecimiento puede tener muchos podios de ambos tipos. Sin embargo, los filopodios no son imprescindibles para el desplazamiento del cono de crecimiento.
Los conos de crecimiento tienen la sorprendente habilidad de navegar por ambientes complejos hasta sus dianas. La elección del camino está basada, sobre todo en moverse hacia señales que lo atraen y evitar otras que lo repelen. Estas moléculas atrayentes o repelentes pueden ser tanto solubles como ancladas a la matriz extracelular. Los receptores para estas señales parecen localizarse en los podios, quiénes son necesarios para conseguir la dirección de los axones. El proceso consistiría en que las moléculas atrayentes estabilizan la estructura de los podios, mientras que los repelentes los hacen inestables, de modo que el axón se mueve hacia donde los podios son más estables. Los axones también se ramifican, cosa que pueden hacer de dos maneras: por división del cono de crecimiento en dos, o por emitir una rama desde cualquier parte del tronco del axón (ramificación intersticial).
El desarrollo de las dendritas destaca por su gran complejidad de ramificación, la cual se consigue sobre todo por nuevas ramificaciones desde el tronco de la dendrita. En las dendritas hay unas pequeñas estructuras que actúan como elementos postsinápticos denominados espinas. Su formación se inicia también por filopodios y son importantes los filamentos de actina.
Tanto en dendritas como en axones hay un proceso de eliminación o “tala” de ramas, tanto de axones como de dendritas. Inicialmente hay una sobreproducción que luego se recorta en cierta medida. Es un mecanismo de afinamiento de las conexiones, siendo un ejemplo claro las conexiones de las motoneuronas con las células musculares, donde inicialmente hay varias neuronas que inervan a una célula muscular y posteriormente sólo queda una conexión por célula muscular. Estas eliminaciones pueden ser por retracción completa de rama o por degeneración en condiciones patológicas.
La plasticidad de la forma de las neuronas se mantiene en adultos, aunque en menor medida. Se sabe que neuronas adultas frente a determinados estímulos, o situaciones patológicas, son capaces de cambiar el número y disposición de sus dendritas, espinas y axones. Esta capacidad de cambio de las neuronas en el estado adulto se cree que es una de las bases para aprendizaje del cerebro.
Conclusión.
¿Por qué es importante conocer la estructura y funcionamiento de la neurona como base del estudio de la conducta humana?
Una vez que entendemos como funcionan las neuronas, cómo se relacionan entre si y cual es el propicio ecosistema nervioso para su excelente desempeño es muy sencillo establecer el vínculo entre este buen funcionamiento y la conducta humana, si bien es cierto que no podemos establecer exactamente gran porcentaje de las conductas, en una forma más general si podemos señalar que las alteraciones en el balance químico cerebral, así como la carencia de estímulos neuronales pudieran tener como resultado conductas que están relacionadas con la forma distorsionada de percibir el entorno.
Hoy día sabemos que cuando algo funciona mal en una parte del sistema nervioso, es posible que se tenga dificultad para moverse, hablar, tragar, respirar o aprender; Así como también puede haber problemas con la memoria, los sentidos o el estado de ánimo. El simple hecho de no hacer un estudio de las condiciones neurológicas del paciente y establecer una probable causa de las conductas que queremos comprender, como patologías, desde el punto de vista neurológico, podría entorpecer la finalidad de llegar a un diagnóstico adecuado y complicar la labor de ayudar al individuo, al carecer de las nociones de los comportamientos de la neurona, sus componentes y funciones, así como del sistema nervioso integralmente.
No está demás agregar que al día de hoy existen más de 600 enfermedades neurológicas. Los tipos más reconocidos incluyen:
Enfermedades causadas por genes defectuosos, tales como la enfermedad de Huntington que provoca el desgaste de algunas células nerviosas del cerebro. (Las personas nacen con el gen defectuoso pero los síntomas no aparecen hasta después de los 30 o 40 años. Los síntomas iniciales de esta enfermedad pueden incluir movimientos descontrolados, torpeza y problemas de equilibrio. Más adelante, puede impedir caminar, hablar y tragar. Algunas personas dejan de reconocer a sus familiares. Otros están conscientes de lo que los rodea y pueden expresar sus emociones.) y la distrofia muscular.
Problemas con el desarrollo del sistema nervioso, tales como la espina bífida.
Enfermedades degenerativas, en las cuales las células nerviosas están dañadas o mueren, tales como las enfermedades de Parkinson y el mal de Alzheimer.
Enfermedades de los vasos sanguíneos que abastecen el cerebro, tales como los derrames cerebrales.
Lesiones en la médula espinal y el cerebro.
Trastornos convulsivos, tales como la epilepsia donde las convulsiones ocurren cuando los grupos de células nerviosas (neuronas) del cerebro envían señales erróneas.
Cáncer, tales como los tumores cerebrales.
Infecciones como la meningitis que es la inflamación del tejido delgado que rodea el cerebro y la médula espinal, llamada meninge…
Y aunque no todas estas enfermedades se relacionan con la neurona , y muchas son más bien para atenderse con los especialistas en cada área, como aspirantes a psicólogos tenemos la obligación de familiarizarnos con las conductas que cada una de estas para, de esta manera, ser más eficientes en la discriminación de las patologías y poder, ya sea canalizar al individuo a un especialista, o desde la correcta y más enriquecida comprensión de las circunstancias y la biografía de nuestro paciente poder ayudarle a erradicar las conductas indeseables y guiarle a una vida más plena y satisfactoria.
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