2.4 Sistema nervioso

Sistema nervioso* Sistema nervioso: Consiste en células que reciben, procesan y transmiten información, las neuronas y células especializadas de sostén.

- Sistema nervioso en vertebrados (1025 Campbell)* La información se transmite desde las células sensoriales al SNC y desde este a los efectores a través de neuronas que se extienden o residen fuera del cerebro y de la médula espinal. Estas neuronas y sus células de sostén constituyen el Sistema nervioso periférico (SNP).

Sistema nervioso central (SNC): * Conformado por el encéfalo y la médula espinal.* Encéfalo: Proporciona el poder integrador para el comportamiento complejo.* Médula espinal: Sitios donde tiene lugar parte del procesamiento, almacenamiento y recuperación de la información. Integra respuestas simples a ciertos tipos de estímulos (ej. Reflejo patelar) y transmite información hacia el encéfalo y desde él. * El SNC deriva del cordón nervioso embrionario dorsal, que es hueco, lo que genera el epéndimo de la medula espinal y los ventrículos del cerebro, ambos llenos de líquido cefalorraquídeo.* Líquido cefalorraquídeo: - Se forma en el cerebro por filtración de sangre

- Circula por el epéndimo y los ventrículos, favoreciendo la circulación de nutrientes y desechos que luego drenará en las venas- Sirve como protección mecánica del cerebro y de la médula espinal, al circular entre dos meninges, capas del tejido conjuntivo que rodean al SNC.

* Los axones en el interior del SNC se encuentran en haces cuyas vainas de mielina les proporcionan un aspecto blancuzco, y se denomina sustancia blanca, que se diferencia

1

de la sustancia gris externa, formada por dendritas, cuerpos neuronales y axones

amielínicos.

Sistema nervioso periférico SNP * Transmite información hacia y desde el SNC, regulando el movimiento y el medio interno. * Consiste en pares de nervios craneales (12, en mamíferos), nervios espinales o raquídeos (31, en mamíferos) y sus ganglios asociados.

-Los nervios craneales se originan en el cerebro y terminan en los órganos de la cabeza y la parte superior del cuerpo. Tienen axones de neuronas sensitivas y motoras. Algunos como los nervios olfatorio y óptico sólo tienen sensoriales.- Los nervios raquídeos se originan en la médula y se extienden hacia las partes del cuerpo que están por debajo de la cabeza. Todos tienen axones de neuronas sensitivas y motoras.

* Se puede dividir en dos componentes funcionales: - SNP somático

Transmite señales hacia los músculos esqueléticos y desde ellos, en respuesta a estímulos externos. Se considera voluntario, porque está sometido al control consciente, pero gran parte de la actividad muscular esquelética se controla por los reflejos mediados por la médula espinal o el tronco encefálico.

2

- SNP autónomoRegula el medio interno, ya que controla los músculos liso y cardíaco, y los órganos de los sistemas digestivo, cardiovascular, excretor y endócrino. Se lo considera como un control involuntario.Posee tres divisiones:(a) La división simpática corresponde al despertar y a la generación de energía (la respuesta “lucha o huída”). Por ejemplo, el corazón late más rápido, el hígado convierte el glucógeno en glucosa, los bronquios de los pulmones se dilatan y aumentan el intercambio de gases, se inhibe la digestión y se estimula la secreción de adrenalina.(b) La división parasimpática corresponde a la generación de respuestas opuestas, que promueven la calma y el retorno a las funciones de automantenimiento (“descanso y digestión”). Por ejemplo, disminuye la frecuencia cardíaca, aumenta la producción de glucógeno y estimula la digestión.(c) La división entérica consiste en redes de neuronas en el tracto digestivo, el páncreas y la vesícula biliar que controlan sus secreciones y la actividad de los músculos lisos que producen peristaltismo. Está regulada por las otras dos divisiones, pero puede funcionar autónomamente. La interrelación entre estas divisiones mantiene la homeostasis.

3

Flujo de información (985 Purves)* La porción aferente del SNP transporta información sensorial al SNC. Se es consciente de parte de esta información, por ejemplo, luz, sonido, temperatura corporal (piel), dolor y posición de los apéndices. En cambio no se es consciente de la información relacionada con la regulación fisiológica, por ejemplo, presión sanguínea, temperatura corporal profunda y suministro de oxígeno a la sangre.* La porción eferente del SNP transporta información del SNC a los músculos y glándulas del cuerpo. Las vías eferentes se pueden clasificar en una división voluntaria, que ejecuta movimientos conscientes, y una involuntaria o autónoma, que controla las funciones fisiológicas.* El SNC además de la información neuronal que recibe del SNP, recibe información de las hormonas que circulan en la sangre.

4

* Las neurohormonas liberadas por las neuronas en los fluidos extracelulares del cerebro pueden enviar información química a otras neuronas en el cerebro o dejar el cerebro e ingresar a circulación.

*Corteza cerebral ? No se si entra - Lóbulo temporal: Sus diferentes regiones cumplen funciones específicas: - Recibe y procesa información auditiva. - Participa en el reconocimiento, identificación y denominación de obtejos.

- Lóbulo frontal: - Las neuronas que se encuentran en esta región controlan los músculos en partes específicas del cuerpo.- Sus funciones son diversas, se las relaciona con la planificación y contribuye muy significativamente con la personalidad (carácter, responsable o no..etc).

- Lóbulo parietal: Recibe información de precisión y contacto que proviene del cuerpo a través del tálamo. Tales como los labios, los dedos que permiten hacer discriminaciones finas al tacto.

- Lóbulo occipital: Recibe y procesa información visual

5

Los sistemas nerviosos están compuestos por dos categorías especiales de células: las células nerviosas o neuronas y las células de la glía o glía.

-Neuronas(purves 943, Campbell 1013)

Definición y tipos* El sistema nervioso humano tiene unas 1011 neuronas.* La integración de la información en el sistema nervioso se debe a que una neurona puede recibir información (ingresos sinápticos) desde numerosas fuentes antes de producir potenciales de acción que viajan desde un único axón a las células diana.* Las neuronas se comportan de manera similar tanto en animales simples como complejos. Sus membranas plasmáticas generan potenciales de acción y conducen estas señales de un sitio en una neurona hasta los destinos más distantes de la célula, distancia que puede alcanzar desde un metro en un humano hasta varios metros en una ballena. Esta transmisión de potenciales de acción puede ser rápida (hasta 200 metros por segundo) permitiendo sentir, procesar y actuar sobre esta información de un modo muy veloz.* Las neuronas son excitables: pueden generar y propagar señales eléctricas, las cuales son conocidas como impulsos nerviosos o potenciales de acción.* Existen tres etapas en el procesamiento de la información por los sistemas nerviosos. Aferencias sensitivas, integración y eferencias motoras. Estas tres etapas son controladas por poblaciones especializadas de neuronas. Las neuronas sensoriales o sensitivas transmiten información desde los sensores que detectan estímulos externos (ej. luz, sonido, tacto, calor, olor y gusto) y condiciones internas (ej. presión arterial, nivel de CO2 en sangre y tensión muscular) al SNC donde las interneuronas integran, analizan e interpretan las aferencias sensitivas y tienen en cuenta el contexto presente y pasado. Sus circuitos son extremadamente complejos y la base del funcionamiento del sistema. Las eferencias motoras dejan el SNC a través de las neuronas motoras que se comunican con las células efectoras (células musculares o endócrinas) para generar una respuesta.

6

Las redes neuronales varían en complejidad* Los animales simples como los cnidarios (ej. Anémonas de mar) pueden procesar información con redes simples de neuronas. Sólo suministran líneas directas de comunicación desde las células sensoriales a los efectores.* Los animales más complejos que buscan alimentos, se aparean necesitan procesar mayor cantidad de información, lo cual se logra debido a elevados números de neuronas organizados en conjuntos denominados ganglios. Los ganglios pueden estar distribuidos alrededor del cuerpo, como en la lombriz o el calamar. En los animales que poseen simetría bilateral, se presentan de a pares, uno de cada lado del cuerpo. En los animales más complejos, por lo general, un par de ganglios es más grande que los restantes y se lo denomina cerebro.

7

Estructura de la neurona* La mayoría de las neuronas presentan cuatro regiones: un cuerpo celular, dendritas, un axón y axones terminales. - El cuerpo celular contiene el núcleo y la mayor parte de los orgánulos celulares.

- Las dendritas, son proyecciones que se extienden desde el cuerpo celular con forma de arbusto (del griego dendrón= árbol). Traen información de otras neuronas y células sensoriales a las células del cuerpo. La ramificación varía según la neurona. - El axón es generalmente una proyección más larga que las restantes. La información que llega a las dendritas puede hacer que el cuerpo celular genere un potencial de acción, que será conducido a lo largo del axón hasta la célula blanco. El axón permite conducir potenciales de acción a lo largo de grandes distancias. Su longitud varía según la neurona, por ejemplo los axones que van desde la médula espinal a los dedos son muy largos. Un nervio es un haz de axones que provienen de muchas neuronas diferentes.- Axones terminales: En la célula blanco el axón se divide en un conjunto de finas terminaciones nerviosas. En la punta de cada una existe un abultamiento llamado terminal axónica (botón presináptico) que se acerca muy estrechamente a la célula blanco para formar una sinapsis.

8

9

- Células de la glía o glía (del griego “pegamento”) (purves 946- Campbell 1014)

Características- Funciones * Se encuentran en mayor proporción que las neuronas.* No son excitables y no transmiten señales eléctricas (potenciales de acción).* Dan sostén a las neuronas tanto física, inmunológica y metabólicamente (suministran nutrientes a las neuronas (vainas de mielina)).

TiposExisten varios tipos de glía en el cerebro y en la médula espinal:* Oligodendrocitos (SNC): se envuelven alrededor de las neuronas (en los axones), cubriéndolas con capas concéntricas de membranas plasmáticas aislantes (vainas de mielina).* Células de Schwann (SNP): ídem oligodendrocitos pero en SNP.

La mielina es la cubierta principalmente lipídica producida por los oligodendrocitos y las células de Schwann. La misma le da una apariencia blanca brillante a muchas partes del sistema nervioso. No todos los axones se hallan mielinizados, pero aquellos que lo estén pueden conducir potenciales de acción más rápidamente (2mxs vs 100 mxs) que los que no tengan mielina. Debido a que es deficiente en la conducción de corriente eléctrica, la misma le proporciona aislamiento eléctrico al axón.

* Los astrocitos (SNC) (su nombre viene por su forma de estrella) proporcionan apoyo estructural a las neuronas y contribuyen a establecer la barrera hematoencefálica (sangre-cerebro), que protege al cerebro de las toxinas químicas en la sangre y regula las concentraciones extracelulares de iones y neurotransmisores. Debido a que los vasos sanguíneos son muy permeables a muchas sustancias químicas como las toxinas, los astrocitos se ubican alrededor de los mismos en el cerebro. Esta barrera no es perfecta, dado que las sustancias solubles en grasa como anestésicos y alcohol son permeables. Otros astrocitos responden a la actividad de las neuronas vecinas, al facilitar la transferencia de información en la sinapsis de esas neuronas. Los astrocitos adyacentes a neuronas vecinas también producen la dilatación de los vasos sanguíneos cercanos, lo que aumenta el flujo sanguíneo y permite que las neuronas obtengan oxígeno.

10

* La glía radial forma recorridos a lo largo de los cuales migran las neuronas recién formadas desde el tubo neural, la estructura que da origen al SNC. La glía radial y los astrocitos también pueden actuar como células madre y generar neuronas y otras células gliales. (Se supone que estos precursores miltipotenciales son una fuente potencial de sustituir neuronas y células gliales que se pierden por traumatismo o enfermedad)

- Potenciales de acción (forma en que las neuronas generan y conducen señales)

* Los potenciales de acción son las señales eléctricas que transportan información a lo largo de los axones, generalmente son muy breves de 1 a 2 milisegundos de duración, lo cual permite que sean producidos con alta frecuencia. Son generados cuando los canales iónicos en las membranas plasmáticas de las neuronas se abren durante un breve período y permiten que los iones atraviesen la membrana. El movimiento de estas moléculas es dirigido por las diferencias de concentración y por las diferencias de carga eléctrica a ambos lados de la membrana. Cualquier diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana es un potencial de membrana, que se mide en milivoltios en un nivel de entre -60 y -80 mV, por lo que el interior es negativo en relación con el exterior.* Potencial de reposo (-60mV): Se denomina al potencial cuando la célula está en reposo y no genera potenciales de acción. Depende de los gradientes iónicos que existen a través de la membrana plasmática: una mayor concentración de potasio y aniones intracelulares frente a una mayor concentración de sodio y cloruros en el líquido extracelular.(en mamíferos)El potencial en reposo suministra un medio por el que las neuronas responden a un estímulo. Debido a las diferencias de potencial a través de la membrana, los iones la cruzarían si pudieran hacerlo. Como el interior de la célula en reposo es negativo, los iones con carga positiva ingresarían si se los dejara. Por lo tanto, el estímulo químico o físico que cambia la permeabilidad de la membrana plasmática a los iones producirá un cambio en su potencial de acción. El cambio más extremo en el potencial de la membrana es el potencial de acción, la inversión de voltaje es rápida y repentina.

Formas de medición de los potenciales de membrana* Los potenciales de membrana se pueden medir con electrodos.* Un electrodo se puede construir con una pipeta de vidrio en una solución que conduzca cargas eléctricas.* Ejemplo: Se puede colocar un electrodo en el interior de la membrana plasmática de un axón y otro fuera del axón, para medir las diferencias de voltaje

11

Bombas iónicas * Las membranas plasmáticas son bicapas de lípidos impermeables a los iones, pero contienen proteínas que forman canales iónicos y bombas iónicas.* Las bombas y los canales iónicos permiten la distribución de cargas a través de la membrana.* Las bombas iónicas requieren energía para desplazar los iones y otras moléculas en contra de los gradientes de concentraciones o gradientes eléctricos.* Una bomba iónica fundamental presente en todas las células (y por ende en las neuronas) es la bomba de sodio –potasio (ATPasa de sodio-potasio), que expele activamente Na+ desde el interior de la célula intercambiándolo por K+ desde el exterior, para realizar dicho trabajo el complejo enzimático requiere ATP. Se encarga de mantener la concentración de K+ en el interior de la célula por encima de la presente en el exterior celular y la concentración de Na+ inferior en el interior celular. Por lo cual ambos iones difundirán en sentidos opuestos a través de los canales iónicos.

Canales iónicos (purves 949- Campbell 1017)* Los canales iónicos permiten la difusión de iones a través de membranas. Son poros llenos de agua formados por proteínas de la bicapa lipídica y generalmente son selectivos, permiten el paso de algunos iones con mayor facilidad que otros. Existen canales de sodio, de potasio, de cloruro y de calcio y también hay diferentes clases de ellos. Los iones pueden difundirse en cualquier dirección a través de estos canales dependiendo de la concentración en que se encuentren a ambos lados y de la diferencia de potencial a través de la membrana. Estas dos fuerzas que actúan sobre el ión se denominan gradiente electroquímico.* Los canales iónicos no regulados son los que siempre están abiertos dando como resultado el potencial de reposo. Un ejemplo de ellos son los canales de potasio, como consecuencia las neuronas son más permeables a dicho ión. Debido a que los canales

12

3Na+ + ATP ↔ 2K+ + ADP Por eso el interior es negativo con respecto al exterior

son permeables al K+ y que la bomba de sodio-potasio mantiene la concentración de K+ más elevada en el interior de la célula, el ión tiende a difundirse a favor de su gradiente electroquímico, fuera de la misma. De esta manera quedan cargas negativas en el interior de la célula no equilibradas y se genera un potencial eléctrico que tiende a retornar el nivel de K+ nuevamente al interior celular.

* El potencial de equilibrio de potasio es el potencial de membrana en el cual la difusión de K+ fuera de la célula cesa, debido a que su gradiente de concentración es equilibrado por su movimiento dado el potencial eléctrico negativo. El valor de dicho potencial se calcula mediante la ecuación de Nerst.

Ecuación de Nerst:Eion=2,3 RTzF

log[ ion]o[ ion]i

E: potencial de membrana (en reposo) del equilibrio (el voltaje a través de la membrana en mV)R: constante universal de los gasesT: temperatura absolutaz: Carga de un iónF: Constante de Faraday

Actualmente se sabe que el potencial de reposo es menos negativo de lo que predice la ecuación, debido a que las neuronas en reposo también son ligeramente permeables a otros iones como el Na+ y el Cl-. La ecuación de Goldman considera todos los iones por lo cual es más precisa.

* Técnica patch clamp (pinzamiento zonal de membrana): Permite medir corrientes eléctricas causadas por las aperturas y cierres de los canales iónicos individuales. (no aparece en la transp, solo p q tengan una idea)

* Los canales iónicos regulados, que se abren o cierran en respuesta a uno de los tres tipos de estímulos: - Canales regulados por voltaje: Se encuentran en los axones (y en las dendritas y en el cuerpo celular de algunas neuronas, así como en otros tipos de células). Se abren y se cierran en respuesta a cambios en el potencial a través de la membrana.

- Canales regulados químicamente (por un ligando): Se encuentran en las sinapsis. Se abren o cierran según la presencia o ausencia de una molécula específica (ej. Un neurotransmisor) que se une a la proteína canal, o a un receptor separado que a su vez altera la proteína canal.

13

Una pipeta de registro llenada con una solución conductora es colocada en contacto con la membrana de una neurona.

La succión ligera realiza un pinzamiento de la membrana en la punta de la pipeta

La retracción de la pipeta rompe la membrana y las actividades de los canales iónicos pueden continuar siendo registradas

Osciloscopio

- Canales regulados mecánicamente: Se encuentran en células que detectan el estiramiento y se abren cuando una membrana se deforma en respuesta a una fuerza mecánica.

* Potenciales graduados: Son los cambios (perturbaciones) en los potenciales de reposo, debido a la apertura y cierre de los canales regulados, mecanismos básicos mediante los cuales las neuronas responden a los estímulos eléctricos, químicos o mecánicos. Dichos cambios pueden ser: - Despolarización: Es una reducción de la magnitud del potencial de membrana (el interior celular se vuelve menos negativo). Se puede deber a la apertura de los canales de Na+ regulados. (Ingreso de Na+) - Hiperpolarización: Es un aumento de la magnitud del potencial de membrana (el interior de se hace más negativo). Se puede deber a la apertura de los canales de K+ regulados. (Salida de K+)

Fases de un potencial de acción* Umbral: Cierto voltaje de membrana hasta el cual son graduadas las despolarizaciones en la mayoría de las neuronas. En este momento el flujo de despolariación de Na+ hacia el interior celular ya no puede ser superado por el flujo de K+ hacia el exterior celular.* Un estímulo suficientemente fuerte como para producir una despolarización que alcanza este umbral, desencadena una respuesta denominada potencial de acción cuya magnitud es independiente de la fuerza del estímulo desencadenante. * Tanto los canales regulados de sodio como los de potasio participan en la producción de un potencial de acción, ya que ambos se abren por la despolarización de la membrana, pero responden de forma independiente y secuencial: primero se abrirán los de sodio y luego los de potasio. Cada canal de sodio posee dos Compuertas, una de activación y una de inactivación, y ambas deben estar abiertas para que el sodio se difunda por ellos. El potencial de acción consta de cinco fases, esquematizadas en la figura y explicadas en la tabla siguiente.

Fase Canales de sodio reguladosCanales de potasio regulados

Estado celular

1 – Estado de reposoCompuerta de activación cerrada. Compuerta de inactivación abierta.

CerradosConcentración de sodio y potasio estable

2 – Despolarización Compuerta de activación parcialmente abierta.

Abriéndose lentamente

Ingreso de sodio a la célula. Potasio

14

Compuerta de inactivación cerrándose lentamente. estable

3 – Fase creciente del potencial de acción

Compuerta de activación totalmente abierta (se abren canales adicionales). Compuerta de inactivación cerrándose.

Abriéndose lentamente

Ingreso abrupto de sodio a la célula. Potasio estable

4 – Fase decreciente del potencial de acción- Hiperpolarización

Compuerta de activación totalmente abierta. Compuerta de inactivación cerrada.

Abiertos Salida abrupta de potasio de la célula.

5 – Estado de reposo

* Observar que los canales de K+ se abren más lentamente que los canales de Na+ y permanecen abiertos durante más tiempo, lo que permite que el K+ se desplace con cargas positivas en exceso fuera del axón. Como resultado el potencial de membrana se vuelve a un valor negativo generalmente más negativo que el potencial de reposo hasta que los canales K+ regulados por el voltaje se cierran.

* Periodo refractario: Es un tiempo de inactivación entre dos estímulos. Es un período de 1 a 2 milisegundos durante el cual los canales Na+ regulados por voltaje luego de abrirse y cerrarse no pueden abrirse nuevamente. Es decir que si se desarrolla un segundo estímulo despolarizante durante la fase de caída y la primera fase de la hiperpolarización, este no podrá desencadenar un potencial de acción. Esta propiedad se

15

Voltaje (diferencias de potencial eléctrico): es una fuerza que hace que las partículas cargadas eléctricamente se mueven entre dos puntos. El voltaje es para el flujo de partículas cargadas eléctricamente lo que la presión representa para el flujo de agua. En los cables la corriente eléctrica es transportada por electrones, pero en las soluciones y a través de las membranas celulares, es transportada por iones (Na+, K+, Cl-, Ca2+)

puede explicar porque los canales presentan dos compuertas, una de activación y otra de desactivación. Bajo las condiciones de reposo, la compuerta de activación se cierra y la compuerta de desactivación se abre. La despolarización de la membrana en el nivel umbral hace que ambas cambien de estado, pero la compuerta de activación responde más rápido. Como resultado, el canal se abre durante un breve tiempo. La compuerta de desactivación permanece cerrada durante 1 a 2 milisegundos antes de que se abra espontáneamente de nuevo, explicando así porque la membrana presenta un período refractario antes de que pueda disparar otro potencial de acción. Otra contribución a dicho período es la duración de la apertura de los canales K+ regulados por voltaje. * Posthiperpolarización o Simiente: Disminución de un potencial de membrana que continúa a un potencial de acción.

* La diferencia en la concentración de Na+ a través de la membrana plasmática y el potencial de reposo negativo constituye la “batería” que dirige los potenciales de acción. Pareciera que un número sustancial de iones deberían cruzar la membrana para que el potencial de membrana cambie de -60mV a +50mV y nuevamente a -60mV. Solo un pequeño porcentaje en disminución de los Na+ concentrados en el exterior de la membrana plasmática se mueve a través de canales durante el pasaje del potencial de acción. Así, el efecto de un único potencial sobre los gradientes de concentración de Na+ y K+ es muy pequeño, y es posible en la mayoría de los casos que la bomba de sodio-potasio mantenga cargada la “batería”.* Los potenciales de acción son conducidos a lo largo de axones sin la pérdida de la señal. Es decir que al colocar dos pares de electrodos en diferentes regiones de un axón se observa que la magnitud del potencial no cambia. Esto se debe a que un potencial de acción es un evento de todo o nada y autorregenerativo. - Un potencial de acción es un todo o nada debido a la interacción entre los canales de Na+ regulados por voltaje y el potencial de membrana. Si la membrana se despolariza ligeramente, algunos canales se abren. Algunos iones de Na+ atraviesan la membrana y la despolarizan aún más, abriendo más canales de Na+ regulados por voltaje, y así sucesivamente hasta que la membrana alcanza su umbral y genera un potencial de acción. El mecanismo de retroalimentación positiva asegura que los potenciales siempre aumenten hasta el máximo valor.

- Un potencial de acción es autorregenerativo debido a que se propaga mediante un flujo de corriente local hacia las regiones adyacentes de la membrana plasmática. La despolarización resultante lleva a las áreas vecinas de la membrana hasta su umbral. De modo que cuando un potencial de acción se produce en un sitio sobre el axón, estimula a la región adyacente del axón que genera un potencial de acción, así sucesivamente en toda la longitud del axón.

16

* Velocidad de conducción Dos factores afectan a la velocidad con la que se conducen los potenciales de acción: - El diámetro del axón: mientras más ancho, más veloz, debido a una menor resistencia eléctrica y de flujo. De hecho, los animales que requieren respuestas rápidas a los estímulos poseen axones gigantes. - La mielinización: Las células de la glía envuelven los axones con capas concéntricas de mielina dejando hendiduras regularmente espaciadas, de modo tal que los canales de sodio y potasio regulados por voltaje están concentrados en dichas hendiduras denominadas nodos de Ranvier, donde el axón no se haya cubierto. El pasaje de iones a través de las regiones de la membrana plasmática que está envuelta en la mielina se reduce, de modo que la corriente eléctrica puede distribuirse todavía más lejos en el interior de un axón mielinizado. Un axón puede disparar potenciales de acción únicamente en los nódulos, y los mismos no pueden ser propagados a través de los parches adyacentes de membranas cubiertas con mielina. Las cargas positivas que fluyen hacia el axón en el nódulo lo hacen, sin embargo, en la forma de corriente eléctrica. Cuando la corriente alcanza el próximo nódulo, la membrana plasmática en el nódulo se despolariza en el umbral y dispara otro potencial de acción, de esta manera, los potenciales saltan de nódulo en nódulo a lo largo del axón. Este tipo de conducción se denomina conducción saltatoria y aumenta notablemente la velocidad de conducción.

- SinapsisDefiniciones* Sinapsis: Estructuras en las que las neuronas se acercan en proximidad estrecha para pasar información de una neurona a otra a través de un mensajero eléctrico o químico.* Neurona presináptica: Célula que envía el mensaje.* Neurona postsináptica: Célula que recibe el mensaje. * Una neurona puede recibir mensajes de mil o más sinapsis. Por lo tanto un cerebro humano puede contener hasta 104 sinapsis, que pueden ser altamente plásticas, lo que se refuerza con el uso y se debilita con el desuso.* Plasticidad neuronal: (wiki)La plasticidad neuronal, también denominada neuroplasticidad, plasticidad neural o plasticidad sináptica, es la propiedad que emerge de la naturaleza y funcionamiento de las neuronas cuando éstas establecen comunicación, y que modula la percepción de los estímulos del medio, tanto los que entran como los que salen. Esta dinámica deja una huella al tiempo que modifica la eficacia de la transferencia de la información a nivel de los elementos más finos del sistema. Dichas huellas son los

17

elementos de construcción de la cosmovisión, en donde lo anterior modifica la percepción de lo siguiente.* Placa motora terminal: Es la membrana postsináptica de la unión neuromuscular, una parte modificada de la membrana plasmática de la fibra muscular. Aparenta ser una depresión en la membrana plasmática muscular, donde se sitúan las terminales de las neuronas motoras en dicha depresión.* Hendidura sináptica: Espacio entre la membrana presináptica y la postsináptica

Sinapsis eléctricas o químicas* Las sinapsis pueden ser químicas o eléctricas. - Sinapsis eléctricas: son las que transmiten potenciales de acción directamente desde la célula presináptica a la postsináptica, debido a que contienen uniones comunicantes entre las células que permiten que la corriente eléctrica fluya. Son muy rápidas y pueden proceder en cualquier dirección. Son las responsables tanto en vertebrados como en invertebrados, de sincronizar la actividad de las neuronas responsables de ciertos comportamientos estereotipados rápidos. Por ejemplo, en el caso de las langostas facilitan las respuestas de huida.Un espacio de 2 o 3 nm separa las membranas presináptica y postsináptica. Contienen varias uniones de hendidura. Las proteínas de membrana llamadas conexinas ligan dos neuronas mediante la formación de poros que conectan el citoplasma de dos células, pudiendo así pasar los iones y las moléculas pequeñas.La sinapsis eléctrica son menos comunes que las químicas en los vertebrados, son útiles para una rápida comunicación, pero no tanto para los procesos de integración y aprendisaje dado que:

- La continuidad eléctrica entre neuronas no permite la sumación temporal de los ingresos sinápticos

- Requiere una gran área de contacto entre las células presinápticas y postsinápticas. Esta condición descarta la posibilidad de miles de entradas sinápticas a una neurona- que es norma en los sistemas nerviosos complejos - No pueden ser inhibitorias - Sinapsis químicas: en este tipo de sinapsis los mensajes químicos de una célula presináptica inducen cambios en la célula postsináptica. Es más lenta comparada con la sinapsis eléctrica y unidireccional. Un espacio de 25nm de ancho separa las membranas presinápticas y postsinápticas. Un potencial de acción que llega a la terminal axónica hace que se liberen moléculas mensajeras químicas llamadas neurotransmisores. Los neurotransmisores liberados se difunden hacia el espacio intercelular y se unen a los receptores de la membrana plasmática de la célula diana o postsináptica. Dichos receptores pueden ser canales iónicos o pueden controlar los canales iónicos en forma indirecta. En cualquier caso, el neurotransmisor hace que el canal se abra, los iones fluyan según su gradiente electroquímico y el potencial de membrana de la neurona postsináptica cambie. Este cambio local en el potencial se logra comunicar a otras partes de la célula, dado que hace que un flujo de iones que se distribuye cambie el potencial de membrana hacia las regiones adyacentes de la misma. Por ejemplo: cuando el Na+ ingresa a una neurona postsináptica a través de los canales de sodio abiertos en un punto, los iones cargados positivamente son atraídos hacia las regiones más negativas y así existe un rápido flujo local de corriente eléctrica. Este flujo local se disipa a medida que se propaga, dado que las membranas no son completamente impermeables a los iones y por lo cual, no llega muy lejos. Sin embargo, el flujo local de corriente eléctrica es una parte importante del mecanismo por el cual las neuronas generan potenciales de acción, las verdaderas señales de largo alcance. Ejemplo de sinapsis química: Uniónes neuromusculares: Las uniones neuromusculares son sinapsis entre las neuronas motoras y las células musculares esqueléticas (fibras musculares) que inervan. Las neuronas motoras, al igual que otras neuronas, tienen un axón, pero dicho axón puede tener muchas ramas, cada una con terminales axónicas que forman uniones neuromusculares con una fibra muscular. En

18

cada terminal axónica hay unas estructuras en forma de nudo o botón que contienen numerosas vesículas llenas de mensajeros químicos (neurotransmisores). El neurotransmisor usado por las neuronas motoras de los vertebrados es la acetilcolina (ACh). La ACh es liberada cuando un potencial de acción llega a la terminal axónica, causa la apertura de los canales de Ca 2+ regulados por voltaje en la membrana presináptica y debido a que la concentración del ión es mayor fuera de la célula, ingresa Ca2+ a la terminal axónica en la proximidad de los sitios de la exocitosis de vesículas lo que provoca que las vesículas que contienen ACh se fusionen con la membrana presináptica y vacíen su contenido en la hendidura sináptica. La membrana extra proveniente de las vesículas se procesan por endocitosis para convertirse en vesículas nuevas (se reciclan). Luego los neurotransmisores liberados se difunden a través de la membrana postsináptica. La membrana de la placa motora terminal está altamente plegada. Los receptores ACh, son canales que se ubican sobre las crestas de los pliegues y los canales catiónicos regulados por voltaje se hallan en los valles de los pliegues y en la membrana de la célula muscular circundante. Los receptores de ACh permiten el flujo de Na+ y K+ a través de la membrana, pero debido a que los gradientes electroquímicos favorecen el ingreso neto de Na+, la respuesta de la placa motora terminal a la ACh es la de despolarizarse. Dicha despolarización se extiende a las profundidades de los pliegues y a la membrana celular del músculo circundante que contiene canales de Na+ regulados por voltaje. Si la terminal axónica de una neurona motora libera suficiente cantidad de ACh para despolarizar adecuadamente una placa terminal motora, la despolarización en expansión activará los canales de Na+ regulados por voltaje que generarán la activación de un potencial de acción. Este potencial de acción es conducido a través del sistema de membranas de la célula muscular, lo que causa que se contraiga. Un único potencial de acción en una terminal axónica libera el contenido de aprox. 100 vesículas, más que suficiente para disparar el potencial de acción en la célula muscular y hacer que esta se contraiga.

19

* Algunos neurotransmisores, como la ACh, son sintetizadas en la terminal axónica y empaquetadas en vesículas. Las enzimas requeridas para la biosíntesis de ACh son producidas en el cuerpo celular de la neurona motora y transportados a lo largo de los microtúbulos corriente abajo del axón en paquetes unidos a membrana hacia las terminales. * Otras clases de neurotransmisores, como los peptídicos son producidos en el cuerpo celular y también transportados corriente abajo por el axón hacia las terminales en paquetes unidos a membrana.

Sinapsis excitatorias o inhibitorias* Las terminales axónicas ciertas neuronas pueden formar sinapsis con las dendritas y con el cuerpo celular de otras neuronas. Las terminales axónicas de diferentes neuronas presinápticas pueden almacenar y liberar diferentes neurotransmisores y la membrana plasmática de las dendritas y el cuerpo celular de la neurona postsináptica pueden poseer receptores para una variedad de neurotransmisores. Así en un determinado momento una neurona postsináptica puede recibir varios mensajeros químicos diferentes y según como sea la respuesta, la sinapsis será inhibitoria o excitatoria.

- Sinapsis excitatorias: Cuando la respuesta de la neurona postsináptica al neurotransmisor es la despolarización. Ejemplo: En los vertebrados, las sinapsis entre las neuronas motoras y las células musculares son excitatoria, dado que la placa terminal motora responde a ACh por despolarización de la membrana postsináptica.

- Sinapsis inhibitorias: Cuando la respuesta de la neurona postsináptica al neurotransmisor es la hiperpolarización.

* Potenciales de acción vs potenciales postsinápticos (diferencias) - Los potenciales de acción, son todo o nada, en cambio, los potenciales postsinápticos son graduados, su magnitud varía con algunos factores, que incluyen la cantidad de neurotransmisor liberado por la neurona presináptica. - Los potenciales postsinápticos no se regeneran a medida que se propagan a lo largo de la membrana de una célula, sino que se reducen a alejarse de la sinapsis.

20

* Suma de potenciales postsinápticos - Las neuronas suman potenciales postsinápticos excitatorios e inhibitorios, y cuando la suma de dichos potenciales sobrepasa el umbral, la neurona genera un potencial de acción. Esta capacidad de sumación es el mecanismo principal por el cual el sistema nervioso intregra la información. - Cada neurona puede recibir mil o más ingresos sinápticos pero solo tiene un egreso: su potencial de acción en un axón único. Todos los ingresos que recibe a la neurona son reducidos a la tasa con la que la neurona genera los potenciales de acción de su axón. - Cono axónico: Región del cuerpo celular en la base del axón donde tiene lugar la adición en la mayoría de las neuronas. Su membrana plasmática no se halla aislada por células gliales y presenta numerosos canales de Na+ regulados por voltaje.- Los potenciales postsinápticos excitatorio e inhibitorio de la sinapsis en cualquier lugar de las dendritas o del cuerpo celular pueden extenderse al cono axónico por el flujo de corriente local. - Los potenciales postsinápticos excitatorio e inhibitorio se suman en el tiempo y en el espacio.- La sumación espacial reúne la influencia simultánea de las sinapsis en diferentes sitios de la célula postsináptica. Se produce cuando varios potenciales postsinápticos excitatorios llegan a la loma axónica simultáneamente.- La sumación temporal acumula potenciales postsinápticos generados en la misma sinapsis en una rápida sucesión.

*PPSE= Potenciales postsinápticos excitatorios PPSI= Potenciales postsinápticos inhibitorios

21

Sinapsis rápidas o lentas*La mayoría de los neurotransmisores inducen cambios en las células postsinápticas mediante la apertura o cierre de los canales iónicos. El modo en que lo hacen depende del agrupamiento de los receptores: - Receptores ionotrópicos: Son canales iónicos por si mismos. La unión del neurotransmisor a un receptor causa un cambio directo en el movimiento de los iones a través de la membrana plasmática de la célula postsináptica. Estas dos proteínas permiten respuestas rápidas y de corta duración. Ejemplo: El receptor de ACh de la placa terminal motora. Consiste en 5 subunidades, cada una de las cuales se extiende a través de la membrana plasmática. Cuando se reúnen las subunidades crean un poro central que permite el paso de los iones. Solo dos unidades permiten la unión de ACh. - Receptores metabotrópicos: También presentan proteínas transmembrana, pero no son canales iónicos, pero inducen cascadas de señalización en la célula postsináptica que secundariamente conducen a cambios en los canales iónicos. Estos receptores tienen 7 dominios transmembrana y están unidos a la proteína G. Cuando un neurotransmisor se une al dominio extracelular, el dominio intracelular se activa como una proteína G. En su estado inactivo, la proteína G presenta 3 subunidades, una de las cuales (α) se une a una molécula de GDP. Cuando el receptor se une al neurotransmisor, la GDP es reemplazada por la molécula GTP, y la subunidad α se une a las otras dos (β y ϒ). Las subunidades se desplazan lateralmente en la membrana hasta que se unen y abren un canal iónico o se unen a una proteína efectora que activa una cascada de segundos mensajeros que a su vez abren un canal iónico. Las respuestas de las células postsinápticas mediadas por estos receptores son generalmente más lentas y de larga duración.

22

Número de sinapsis

Sumación temporal

Sumación espacial

- Neurotransmisores Un neurotransmisor es una sustancia química que generan respuestas específicas al unirse a sus receptores. De hecho, algunos tienen docenas de receptores diferentes que pueden producir efectos distintos. Es importante su degradación luego de su acción, para evitar una hiperpolarización o una polarización continua (se degrada, reabsorbe o difunde). Por lo cual el neurotransmisor es eliminado de la hendidura sináptica luego de que se libera de la terminal axónica por diferentes mecanismos, como la acción de enzimas (ej. La ACh es degradada por la enzima acetilcolinesterasa), la difusión fuera de la hendidura o puede ser captado por medio de transporte activo en las membranas celulares próximas. -Acetilcolina Es uno de los más comunes, funcionando como excitatoria o inhibitoria de acuerdo al tipo de receptor con el que interacciona. Es de notable importancia en la neurotransmisión entre neuronas motoras y células musculares tanto esqueléticas como cardíacas. Se degrada o reabsorbe luego de ser liberada a la hendidura sináptica. Posee dos tipos de receptores, los receptores nicotínicos (tienden a ser excitatorios), que son ionotrópicos, mediante los cuales despolariza el mpusculo liso del intestino e incrementa su motilidad y los receptores muscarínicos (tienden a ser inhibitorios), que son metabotrópicos, mediante los cuales disminuye la contractibilidad del corazón. Ambos se encuentran en el SNC. La nicotina es similar y compite con sus sitios de unión. - Aminas biológicas Son derivadas de aminoácidos, principalmente de tirosina o triptófano. Entre ellas se encuentran las catecolaminas (adrenalina, noradrenalina y dopamina) útiles en el SNC y el SNP autónomo. También hallamos a la inhibitoria serotonina, que junto a la dopamina (excitatoria), afectan al sueño, al estado de ánimo, a la atención y al aprendizaje, y son el centro de ciertos trastornos nervioso importantes (como Parkinson). Sustancias que se unan a sus receptores son una fuente fuerte de alucinaciones.- Gases Los principales son el óxido nítrico (NO) y el monóxido de carbono (CO), que funcionan como reguladores locales. No se almacenan en vesículas, sino que sintetizan a demanda, difundiendo hacia las células diana. El NO interviene en la irrigación sanguínea del tejido eréctil del pene, mientras que el CO en la regulación de hormonas hipotalámicas y en la regulación del músculo liso intestinal.

- Aminoácidos y péptidos Entre los primeros, encontramos al ácido gamma aminobutírico (GABA), la glicina, el glutamato y el aspartato, los primeros dos fuertemente inhibitorios, y los otros dos excitatorios.

23

También se encuentran péptidos, como la sustancia P (excitatoria) o las metaencefalinas (inhibitorias), un tipo de endorfina que funciona como analgésicos.El glutamato se puede unir a varios receptores ionotrópicos y metabotrópicos. Dado que es un neurotransmisor excitatorio la activación de sus receptores ionotrópicos siempre resultan en la entrada de Na+ hacia la neurona y su despolarización. Dichos receptores se dividen en varias clases debido a que pueden ser activados diferencialmente por otros químicos que imitan su acción. Por ejemplo: - Una clase de receptores ionotrópicos son los AMPA:

Activados por α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol propionato. Permiten un rápido flujo hacia el interior celular de Na+ en la célula

postsináptica. Con bajos niveles de estimulación el glutamato únicamente activa estos

receptores. - Otra clase de receptores ionotrópicos son los NMDA:

Pueden ser activados por el compuesto químico N-metil-D-aspartato. Actúan más lentamente y con un flujo de larga duración de Na+. Requiere que la célula se despolarice en parte a través de la acción de otros

receptores antes de que sus poros se abran e ingrese el Na+. Una vez abiertos los poros también ingresa Ca2+ que actúa como segundo

mensajero y genera cambios celulares. En el potencial de reposo, el receptor está bloqueado por el ión magnesio

Mg2+. El Mg2+ es desplazado cuando por ciertos ingresos (ej. Activación de los receptores AMPA) se genera una fuerte despolarización. Luego el Na+ y el Ca2+ podrán atravesar los receptores cuando estén activados por glutamato. Con niveles elevados de estimulación serán activados ambos receptores

(NMDA y AMPA), por lo que ingresarán ambos iones (Ca2+ y Na+) a la neurona postsináptica. Los iones Ca2+ inducen cambios de largo término en la membrana postsináptica. Estas propiedades especiales de estos receptores están posiblemente involucradas en el aprendizaje y la memoria.

24

25