Fisiología y Conducta: Neuronas

DR HECTOR MONTOYA MOLINA Médico PsiquiatraCMP 20620 RNE 8932

hmontoyamo@hotmail.com

Neurona Unidad Básica: Funcional y

estructuralFunciones:

Excitabilidad , Inhibición.Conducción de impulsosTransmisión sináptica

Número en SNC= 10x1011

(100,000 millones)

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Cuerpo CelularNúcleo: - Material genético (cromosomas); la información para el desarrollo

de la célula y síntesis de proteínas necesarias para su sustento .

Nucléolo: - Producen ribosomas ( compuestas de ácido ribonucleico y

proteínas) necesarios para que el material genético sea transcrito en las proteínas.

Cuerpos (sustancia) de Nissl: - Grupos de gránulos, utilizados para la producción de proteínas.

Estos gránulos son retículo endoplasmático rugoso (con ribosomas ) y son sitios de síntesis de proteínas

Retículo Endoplasmático: - Sistema de túbulos utilizados para transporte en el citoplasma.

Si contiene ribosomas, se llama Retícula Endoplasmática rugosa, importante para la síntesis de las proteínas; si no contiene ribosomas se llama Retícula Endoplasmática Lisa.

Aparato de Golgi: - Responsable de la segregación de glicoproteínas y

mucopolisacáridos. Al microscopio se observan como una red de hebras ondulantes irregulares alrededor del núcleo.

Microfilamentos: - Fibrillas que corren paralelas entre sí en el cuerpo celular ;

contienen actina y miosina. Responsables del transporte de materiales dentro de la neurona. También puede ser utilizado en la estructura de la célula.

Microtúbulos: - De 20-30nm de diámetro, combinados con los microfilamentos . Responsable del transporte de sustancias .

Mitocondria: - Organelas dispersas en en el cuerpo celular, axón y dendritas. Es

la fuente generadora de ATP (energía) para las actividades celulares.

Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas hidrolíticas. Limpiadoras.

Dendritas

• Prolongaciones protoplásmicas ramificadas cortas, implicadas en la recepción de estímulos.

• Contiene abundantes microtúbulos.

Poseen receptores , fundamentales para la transmisión de los impulsos quimico-eléctricos.

Axón o Cilindroeje

Prolongación filiforme; a través de la cual viaja el impulso nervioso de forma unidireccional.

Diámetro uniforme en toda su longitud (0.2-20m).Terminan en dilatación bulbo o botón terminal Pre –sináptico, el cual

contiene las vesículas sinápticas en cuyo interior se encuentran los neurotransmisores.

Los axones forman lo que comúnmente conocemos como fibra nerviosa.

Transporte axónico: - Es necesario que el transporten desde el cuerpo celular- Corriente lenta: en dirección contraria al cuerpo celular; a una velocidad de 1-4mm/día; transporta enzimas para el crecimiento y mantenimiento del axón. - Corriente rápida: de 50-400mm/día; transporta neurotransmisores y componentes de membrana.- Corriente intermedia: mitocondrias.- Flujo retrogrado: Evita la acumulación de sustancias en las terminales y permite el reciclaje; importancia clínica – virus (rabia, herpes) y toxinas.

Flujo Axoniano

Se da por el transporte axoniano.Existe dos tipos : Anterogrado y RetrogradoEn el Transporte anterógrado, Ocurre desde el soma

hacia el extremo del axón (dirección centrífuga). La velocidad de transporte puede ser rápida

(400mm/día) o lenta (1mm/día). Se emplea para enviar nuevas organelas (mitocondrias,

REL, vesículas) y nuevas macromoléculas (actina, clatrina, enzimas, etc.).

En el transporte retrógrado la dirección ocurre desde el extremo axoniano hacia el soma (dirección centrípeta).

En general la velocidad de este transporte es muy rápida (400 mm/día).

Se emplea epara enviar hacia el soma proteínas del citoesqueleto, enzimas y moléculas destinadas a la degradación en los lisosomas del cuerpo celular.

¿Cómo se realiza este transporte?

Las organelas y moléculas se mueven a lo largo de los microtúbulos (neurotúbulos) del citopalsma del axón gracias a proteínas motoras, es decir proteínas (dineínas y cinesinas) mediante gasto de ATP.

Las DINEINAS se mueven hacia el extremo NEGATIVO del microtúbulo (o sea hacia el soma).

Las CINESINAS se mueven hacia el extremo POSITIVO (o sea hacia el telodendron).

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Envoltura de mielina

Célula de SchwannOligodendrocitos

S.N. Central S.N. Periférico

Variedades de neuronasEl tamaño del cuerpo celular va de 5 a 135 micrómetros.

Las dendritas pueden extenderse a una distancia de más de un metro.

El número, la longitud y la forma de ramificación de las dendritas brindan un método morfológico para la clasificación de las neuronas.

El micrómetro es la unidad de longitud equivalente a una millonésima parte de un metro. Se abrevia µm, y es también conocido como micrón (plural latino, micra), abreviado µ.

Clasificación según el tamaño1.Las neuronas Golgi tipo I que tienen axón largo.

2.Las neuronas Golgi tipo II que tienen axón corto.

3.Las células piramidales de la corteza cerebral.

4.Las voluminosas células de Purkinje de la corteza cerebelosa.

5.Las grandes neuronas motoras de la médula espinal.

Clasificación según la PolaridadNeuronas Unipolares

Cuerpo celular de la que nace sólo una prolongación que se bifurca y se comporta funcionalmente como un axón salvo en sus extremos ramificados en que la rama periférica reciben señales y funcionan como dendritas.Ejemplo: Ganglios de invertebrados y de la retina.

Clasificación según la PolaridadNeuronas Bipolares• Cuerpo celular alargado y de un extremo parte una dendrita y del otro el axón. • El núcleo de este tipo de neurona se encuentra ubicado en el centro de ésta, por lo que puede enviar señales hacia ambos polos de la misma.

• Ejemplos de estas neuronas se hallan en las células bipolares de la retina, del ganglio coclear y vestibular, estos ganglios son especializados de la recepción de las ondas auditivas y del equilibrio.

Clasificación según la Polaridad

Neuronas Multipolares

• Gran cantidad de dendritas que nacen del cuerpo celular. Son la clásica neurona con prolongaciones pequeñas (dendritas) y una prolongación larga o axón. Representan la mayoría de las neuronas. • Ejemplos, Neuronas tipo Golgi I, de axón largo, y las tipo Golgi II, que no tienen axón o éste es muy corto. Las neuronas de proyección son del primer tipo, y las neuronas locales o interneuronas del segundo.

Clasificación según la Polaridad

Neuronas Pseudounipolares• El cuerpo celular tiene una sola dendrita que se divide a corta

distancia del cuerpo celular en dos ramas, motivo por cual también se les denomina pseudounipolares, una que se dirige hacia una estructura periférica y otra que ingresa en el sistema nervioso central.

• Ejemplos de esta forma de neurona se localiza en los Ganglios de las raíces dorsales de los nervios espinales.

Neuronas Apolares No producen señales, pero las reciben. Son neuronas aisladas

Clasificación según su funciónNeuronas Sensitiva o AferenteConducen el impulso nervioso desde los receptores hasta los centros nerviosos. Recogen información del entorno para ser procesada en el cerebro

Neuronas Asociativas o InterneuronasPermiten comunicar las neuronas sensitivas con las motoras. Se encuentra exclusivamente en el sistema nervioso central.

Neuronas Motoras o EferentesLLevan el impulso nervioso desde los centros nerviosos hasta los órganos efectores, llevando los impulsos de el soma a los botones terminales.

Sitios donde las neuronas se comunican entre sí.

Tienen un papel fundamental en procesos tales como:

La percepción, El movimiento voluntario, El aprendizaje.

LA SINAPSIS

Neurona PostsinápticaNeurona Presináptica

Químicas:No hay continuidad entre los citoplasmas de las dos células. Estas están separadas por un espacio pequeño: el espacio sináptico o hendidura sináptica (“synaptic cleft”) (20-40 nm).

Eléctricas:

Existen uniones especiales entre las neuronas que sirven de “puente” entre sus citoplasmas: unión eléctrica (“gap-junction”) (3.5nm).

TIPO DE SINAPSIS

nm= nanómetro; millonésina parte de un metro.

Sinapsis Química

Hendidura sináptica: 20-40 nm

Sinapsis Eléctrica (Gap-Junction channels)

3.5nm

20nm

Impulso nervioso

-Descarga eléctrica que se propaga a través de toda la neurona en una fracción de segundo.

- Se inicia con un potencial de reposo y continua con un potencial de acción.

Origen y propagación del impulso nervioso

1. POTENCIAL DE REPOSO. Existe una distribución desigual de iones dentro y fuera de la neurona: La neurona está polarizada.

2. ESTÍMULO y POTENCIAL DE ACCIÓN. Cuando la neurona recibe un estímulo cambia la distribución de iones: La neurona cambia de polaridad. Es el potencial de acción.

3. PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN. El potencial de acción cambia las propiedades de zonas adyacentes, desplazándose a lo largo de la neurona.

Potencial de Reposo

Sinapsis inactiva

PEPS

PIPS

5 PEPS= 3+3+3+3+3= 15

3 PIPS= -3 -3 - 3 = -9SUMA 15 – 9 = 6

?

Un potencial de acción se produce cuando el estímulo supera cierto umbral. Los PEPS acercan el potencial de reposo a ese umbral; los PIPS lo alejan. Si la suma de PEPS (aditivos) y PIPS (substrativos) supera el umbral, la neurona dispara un impulso; si esta suma no alcanza el umbral, la neurona se queda en reposo.

Ej. umbral situado en 10 mV. Cada PEPS añade 3 mV; cada PIPS resta 3 mV. La suma de PEPS y PIPS es 6 mV. Por consiguiente, la neurona postsináptica no transmitirá ningún impulso, porque los estímulos no superan el umbral necesario para producir un potencial de acción.

La neurona decide ……..

NeurotransmisiónSíntesis del neurotransmisorEmpaquetamiento en vesículasTransporte por el axónLiberación en la hendidura sinápticaInteracción con el receptor de la membrana

postsinapticaDegradación ó recaptación

Neurotransmisión: Síntesis y TransporteSíntesis: Los neurotransmisores se sintetizan en la neurona y son transportados por el axón en vesículas. Luego que las vesículas llegan al terminal sináptico se libera su contenido a la hendidura sináptica; parte de este material se recupera y regresa hacia el soma celular para ser reutilizado

Liberación: Se requiere que se eleven los niveles de calcio en el terminal sináptico. Esta elevación se produce cuando llega a esta zona el potencial de acción, que hace que se abran canales de calcio dependientes del voltaje.

Los procesos posteriores que llevan al anclaje de la vesícula a la membrana y su fusión con ésta con la consecuente liberación del neurotransmisor en la hendidura, son complejos, interviniendo muchas proteínas diferentes. El proceso requiere el aporte de energía en forma de ATP

Potenciales Post SinápticosDependiendo del tipo de neurotransmisor y del receptor con

el que interaccione en la membrana postsináptica, la respuesta de la célula postsináptica puede ser:

Potencial Postsináptico Excitador : Se produce despolarización de la membrana. Ocurren cuando el neurotransmisor interacciona con receptores que son canales de Na+ y K+ . Los neurotransmisores excitadores son la acetilcolina, noradrenalina, adrenalina, dopamina, glutamato y serotonina.

Potencial Postsináptico Inhibidor : Se produce hiperpolarización de la membrana. Ocurren cuando el neurotransmisor abre canales de Cl-. El GABA y la glicina son neurotransmisores inhibidores.

Receptores Ionotrópicos Determinan la apertura o cierre de canales y producen

despolarizaciones (génesis de potenciales de respuesta excitatorios) o hiperpolarizaciones (génesis de potenciales de respuesta inhibitorios).

Es una respuesta rápida. El mecanismo de acción de estos receptores puede ser de dos formas:

Vía señalización extracelular: El neurotransmisor induce, al unirse al receptor, la apertura del canal; algunos canales pueden necesitar la unión de dos neurotransmisores como es el caso del receptor de Acetilcolina o el receptor NMDA que necesita glutamato y glicina.

Vía señalización intracelular, generalmente fosforilando en la cara citoplásmica del canal el receptor, induciendo la apertura del canal.

El neurotransmisor actúa sobre el receptor, que activa una proteína G, que activa la adenil ciclasa y que transforma el ATP en AMPcíclico.

Este AMPcíclico puede actuar sobre el canal de membrana, abriéndolo. Cuando se fosforila el canal, se abre.

El neurotransmisor y el receptor provocan que la proteína G active la Fosfolipasa C (PLC) y active el fosfatidilinositol-4,5-bifosfato(PIP2) dando Inositol 1 , 4, 5 trifosfato (IP3) y Diacilglicerol, que libera el Ca+2, y la Proteinquinasa fosforila la proteína del canal y se abre.

Receptores Metabotróficos

AcetilcolinaFundamental de las neuronas motoras bulbo-espinales, las

fibras preganglionares autónomas, las fibras colinérgicas posganglionares (parasimpáticas) y muchos grupos neuronales del SNC (p. ej., ganglios basales y corteza motora).

Las vías colinérgicas ubicadas en regiones específicas del tronco encefálico.

Implicadas en funciones cognitivas, especialmente la memoria.

Las lesiones graves de estas vías son la causa probable de la enfermedad de Alzheimer.

Acetilcolina Se sintetiza a partir de la colina y la acetil-coenzima

mitocondrial, mediante la colinacetiltransferasa. Al ser liberada, la acetilcolina estimula receptores colinérgicos

específicos y su interacción finaliza rápidamente por hidrólisis local a colina y acetato mediante la acción de la acetilcolinesterasa. Niveles de acetilcolina están regulados por la colinacetiltransferasa y el grado de captación de colina.

El cuerpo fabrica acetilcolina a partir de la colina, la lecitina, el deanol (DMAE), de las vitaminas C, B1, B5, B6 y de los minerales como el zinc y el calcio.

Noradrenalina (Norepinefrina) La noradrenalina es el NT de la mayor parte de las fibras

simpáticas posganglionares y muchas neuronas centrales (p. ej., locus ceruleus e hipotálamo).

En consecuencia participa en el control de liberación de hormonas relacionadas con la felicidad, libido, apetito y metabolismo corporal, además estimula el proceso de memorización y mantiene el funcionamiento del sistema inmunológico.

Desempeña un papel importante en situaciones de estrés, manteniéndonos alerta.

Bajos niveles de noradrenalina pueden provocar trastorno depresivo.

Noradrenalina (Norepinefrina) Se sintetiza a partir de dos aminoácidos (L-fenilalanina y L-

tirosina) además de las vitaminas C, B3, B6 y del cobre.El precursor es la tirosina, que se convierte en dopamina, ésta

es hidroxilada por la dopamina b-hidroxilasa a noradrenalina.Cuando se libera, ésta interactúa con los receptores

adrenérgicos, proceso que finaliza con su recaptación por las neuronas presinápticas, y su degradación por la MAO y por la catecol-O-metiltransferasa (COMT), que se localiza sobre todo a nivel extraneuronal.

La tirosina hidroxilasa y la MAO regulan los niveles intraneuronales de noradrenalina.

DopaminaLa dopamina es el NT de algunas fibras nerviosas, periféricas y

muchas neuronas centrales (p.ej., sustancia negra, el diencéfalo, área tegmental ventral e hipotálamo).

El aminoácido tirosina es captado por las neuronas dopaminérgicas y convertido en 3,4-dihidroxifenilalanina (dopa) por medio de la tirosina-hidroxilasa.

La dopa se decarboxila hasta dopamina por la acción de la descarboxilasa de l-aminoácidos aromáticos.

Tras ser liberada, la dopamina interactúa con los receptores dopaminérgicos y el complejo NT-receptor es captado de forma activa por las neuronas presinápticas. La tirosina-hidroxilasa y la MAO regulan las tasas de dopamina en la terminación nerviosa.

Las neuronas dopaminérgicas se dividen en tres grupos, con funciones diferentes: reguladores de los movimientos, reguladores del comportamiento emocional y reguladores de las funciones relacionadas con el córtex prefrontal, tales como la cognición, comportamiento, pensamiento abstracto, así como aspectos emocionales, relacionados con el estrés.

Niveles bajos de dopamina causan depresión y enfermedad de Parkinson; los niveles altos se asocian a cuadros de Esquizofrenia aunque no siempre es así.

Relacionada al movimiento muscular, recuperación de tejidos, funcionamiento del sistema inmunológico y liberación de hormonas del crecimiento.

Dopamina

Se origina en las plaquetas sanguíneas, tracto gastrointestinal, tronco encefálico -núcleos del rafé-: mesencéfalo, protuberancia; y médula espinal.

Función importante en la coagulación sanguínea, contracción cardiaca y desencadenamiento del sueño; ejerce funciones antidepresivas (los AT actúan aumentando los niveles cerebrales de serotonina).

Deriva de la hidroxilación del triptófano mediante la acción de la triptófano-hidroxilasa que produce 5-hidroxitriptófano; éste es descarboxilado, dando lugar a la serotonina.

Constituye el precursor de la hormona pineal, la melatonina, que es un regulador del reloj biológico.

Los niveles de 5-HT están regulados por la captación de triptófano y por la acción de la monoaminooxidasa (MAO) intraneuronal.

Serotonina

GABAEl ácido g-aminobutírico (GABA) es el principal NT inhibitorio del

SNC y ejerce un papel importante en los procesos de relajación, sedación y sueño.

Las BDZ (Valium, Librium, etc.) se unen a los receptores GABA para efectuar su acción sedante.

Deriva del ácido glutámico, mediante la decarboxilación realizada por la glutamatodescarboxilasa.

Tras la interacción con los receptores específicos, el GABA es recaptado activamente por la terminación y metabolizado. La glicina tiene una acción similar al GABA pero en las interneuronas de la ME. Probablemente deriva del metabolismo de la serina.

Principal vía de biosíntesis del ácido gama-amino-butírico (GABA). Ubicado en todo el SNC ( corteza cerebral, cerebelo y ME),ejerciendo funciones de excitación e inhibición .

Bajos niveles de L-glutamato implican una disminución del rendimiento, tanto físico como mental.

L-Glutamato

b-enforfinaLa b-endorfina es un polipéptido que activa muchas neuronas

(p. ej., en el hipotálamo, amígdala, tálamo y locus ceruleus). El cuerpo neuronal contiene un gran polipéptido denominado proopiomelanocortina, el precursor de varios neuropéptidos (p. ej., a, b y g-endorfinas).

Este polipéptido es transportado a lo largo del axón y se divide en fragmentos específicos, uno de los cuales es la bendorfina, que contiene 31 aminoácidos. Tras su liberación e interacción con los receptores opiáceos, se hidroliza por acción de peptidasas en varios péptidos menores y aminoácidos.

La metencefalina y leuencefalina son pequeños péptidos presentes en muchas neuronas centrales (p. ej., en el globo pálido, tálamo, caudado y sustancia gris central). Su precursor es la proencefalina que se sintetiza en el cuerpo neuronal y después se divide en péptidos menores por la acción de peptidasas específicas.

Los fragmentos resultantes incluyen dos encefalinas, compuestas por 5aminoácidos cada una, con una metionina o leucina terminal, respectivamente. Tras su liberación e interacción con receptores peptidérgicos, son hidrolizadas hasta formar péptidos inactivos y aminoácidos, como son las dinorfinas y la sustancia P.

ReceptoresLos receptores colinérgicos se clasifican en nicotínicos N1 (en

la médula adrenal y ganglios autónomos), N2 (en el músculo esquelético) y muscarínicos m1 (sistema nervioso autónomo, estriado, corteza e hipocampo) y m2 (en el sistema nervioso autónomo, corazón, músculo liso, cerebro posterior y cerebelo).

Los receptores adrenérgicos se clasifican en A1 (postsinápticos en el sistema simpático), A2 (presinápticos en el sistema simpático y postsinápticos en el cerebro), b1(en el corazón) y b2 (en otras estructuras inervadas por el simpático).

Los receptores dopaminérgicos se dividen en D1, D2, D3, D4 y D5. Los receptores D3 y D4 desempeñan un papel importante en el control mental (limitan los síntomas negativos en los procesos psicóticos) mientras que la activación de los receptores D2 controla el sistema extrapiramidal.

Los receptores de GABA se clasifican en GABA-A (activan los canales del cloro) y GABA-B (activan la formación del AMP cíclico).

El receptor GABA-A consta de varios polipéptidos distintos y es el lugar de acción de varios fármacos neuroactivos, incluyendo las benzodiacepinas, los nuevos antiepilépticos (p. ej., lamotrigina), los barbitúricos, la picrotoxina y el muscimol.

Los receptores serotoninérgicos (5-HT) constituyen al menos 15 subtipos, clasificados en 5-HT1 (con cuatro subtipos), 5-HT2 y 5-HT3.

Los receptores 5-HT1A, localizados presinápticamente en el núcleo del rafe (inhibiendo la recaptación presináptica de 5-HT) y postsinápticamente en el hipocampo, modulan la adenilato-ciclasa.

Los receptores 5-HT2, localizados en la cuarta capa de la corteza cerebral, intervienen en la hidrólisis del fosfoinosítido.

Los receptores 5-HT3 se localizan presinápticamente en el núcleo del tracto solitario.

Los receptores de glutamato se dividen en receptores ionotropos de N-metil-daspartato (NMDA), que se unen a NMDA, glicina, cinc, Mg++ y fenciclidina (PCP, también conocido como polvo de ángel) y producen la entrada de Na+, K+ y Ca++; y receptores no-NMDA que se unen al quiscualato y kainato.

Los canales no-NMDA son permeables al Na+ y K+ pero no al Ca++. Estos receptores excitadores median en la producción de importantes efectos tóxicos por el incremento de calcio, radicales libres y proteinasas. En las neuronas, la síntesis del óxido nítrico (NO), que regula la NO-sintetasa, aumenta en respuesta al glutamato.

Los receptores opiáceos (de endorfina-encefalina) se dividen en m1 y m2 (que intervienen en la integración sensitivo-motora y la analgesia), D1 y D2 (que afectan a la integración motora, la función cognitiva y la analgesia) y k1, k2 y k3 (que influyen en la regulación del balance hídrico, la analgesia y la alimentación).

Los receptores s, actualmente clasificados como no-opiáceos se unen a la PCP y se localizan fundamentalmente en el hipotálamo.

Nombre Ubicación Efecto Función

AcetilcolinaCerebro, Médula espinal, SNP, Parasimpático

Excitatorio en Cerebro y Sistema nervioso autónomo; inhibitorio en otras partes

Movimiento muscular, funcionamiento cognoscitivo

Glumato Cerebro, Médula espinal Excitatorio Memoria

Ácido gammaamino

butírico

Cerebro, Médula espinal Neurotransmsor inhibitorio,

principalmenteAlimentación, Agresividad, Sueño

Dopamina Cerebro (S.nigra) Inhibitorio o excitatorioTrastornos musculares, Trastornos mentales, Enfermedad de Parkinson

SerotoninaCerebro, Médula espinal, Sist Gastrointestinal

InhibitorioSueño, alimentación, Estado de ánimo, dolor, Depresión

Endorfinas Cerebro, Médula espinal

Sobre todo inhibitorio, excepto en el hipocampo

Supresión del dolor, Sentimientos placenteros, Apetitos placebos

Neurotransmisores