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SISTEMAS DE REGULACIÓN DE LA FUNCIÓN ANIMAL Sistema Nervioso

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PARTE I; SISTEMA NERVIOSO

TEMA 1; INTRODUCCIÓN

El sistema nervioso es uno de los principales sistemas reguladores del cuerpo y por

extensión de la conducta de los animales.

1.- Circuitos de feed-back:

Se trata de los circuitos en los que existe retroalimentación positiva o negativa de una

reacción o proceso, sobre aquella reacción o aquel proceso anterior que lo desencadena.

El reflejo barorreceptor es un caso de mecanismo de feed-back. Los barorreceptores

informan al SNA a través del bulbo raquídeo, de los cambios de presión arterial que se

producen. La respuesta desencadenada control del bombeo del corazón, y de la

vasoconstricción y vasodilatación. Se produce retroalimentación negativa de manera que el

sistema tiende a mantener unos niveles fijos de equilibrio de la presión arterial. Mediante vías

aferentes y eferentes el sistema nervioso recibe, integra y envía la información.

En el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal, que implica al sistema endocrino, se produce

también retroalimentación negativa de la actividad neuronal. Cuando los niveles hormonales

son elevados, inhiben a los centros hipotalámico e hipofisario, y se estabiliza tanto su

producción como sus niveles en la sangre.

2.- Organización del Sistema Nervioso Central y Periférico:

La clasificación más clásica de las principales regiones del SNC es la siguiente:

SNC

aferente eferente

SISTEMAS SENSORIALES SNA SISTEMAS MOTORES

Internos Externos Músculo liso, Músculo cardíaco, glándulas

Musculo estriado esquelético.

Las conexiones motoras SNC-SNP son distintas en los sitemas somáticos y autónomos.

En los somáticos las neuronas del SNC inervan directamente la musculatura, y sólo las fibras

conforman el SNP. En el caso de los autónomos, la neurona preganglionar inerva, desde el

SNC, a un ganglio autónomo espinal donde se produce una sinapsis con la neurona

postganglionar que inerva a su vez la musculatura.

En cuanto a criterios funcionales, podemos dividir en SNC en sistemas sensoriales,

motores, o de asociación (funciones superiores cerebrales). Anatómicamente el SNC incluye

todo el encéfalo y la médula espinal. El cerebro suele utilizarse para referirse a las regiones de

neocorteza y telencéfalo. En la neocorteza o corteza cerebral se encuentra regiones Primarias;

reciben directamente la información sensorial (visual, auditiva, somatosensorial). Por otro lado

se encuentran las regiones de asociación unimodales que integran la información de una

modalidad sensorial. También existen zonas de asociación multimodales donde se forman las


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ideas, los planes de movimientos y el razonamiento. Finalmente encontramos zonas de

asociación motoras y zonas motoras primarias.

El cerebro se dividide en cuatro lóbulos que se corresponden con los huesos craneales

superpuestos; de anterior a posterior se trata de los lóbulos; frontal, temporal, occipital y

parietal. Además, el encéfalo de vertebrados se divide en cuatro ventrículos fácilmente

distinguibles en el embrión, además del canal espinal. Esta división se considera el plan básico

del cerebro de vertebrados:

PROSENCÉFALO Iº Diencéfalo (cavidad, tálamo, hipotálamo, epitálamo)

IIº Telencéfalo (neocortex, ganglios basales, sistema límbico)

MESENCÉFALO IIIº Mesencéfalo (acueducto cerebral que conecta los ventrículos II y IV)

ROMBENCÉFALO IVº Metencéfalo (puente)

Mielencéfalo (Protuberancia)

Los ganglios basales son un conjunto de núcleos subcorticales del telencéfalo, es decir,

situados bajo la neocorteza en el SNC. Se diferencian cuatro principales estructuras de especial

importancia en muchos procesos de regulación. Se trata de los núcleos; estriado (caudado-

putamen), globo pálido, subtalámico, y substancia nigra (este último forma realmente parte

del mesencéfalo). Por ejemplo la degeneración de la ruta nigro-estriatal, dopaminérgica, es

causa de la enfermedad de parkinson.

El Sistema Límbico es un conjunto de estructuras telencefálicas diversas, que

funcionan en conjunto regulando las emociones y el aprendizaje entre otras funciones. Está

formado por parte de la corteza orbito-frontal, los núcleos del hipocampo, la amígdala, el

hipotálamo, o accumbens. Por ejemplo el núcleo accumbens esta relacionado con la

drogodependencia, o la ruta meso-límbica (desde el mesencéfalo) de la recompensa.

La médula espinal se encuentra en el interior de la columna vertebral. Contiene

sustancia gris en la región interna, y sustancia blanca en la externa (inversamente al cerebro).

Además contiene canales medulares (central, dorsal, ventral) con líquido cefaloraquídeo,

comunicados con las cavidades del encéfalo.

El SNP se forma por nervios craneales y espinales. Transporta en el cuerpo la

información sensorial aferente y la información motora somática y visceral (autónoma)

eferente. Existen diferencias en cuanto a la nomenclatura de las mismas formaciones en SNC y

SNP. Los núcleos del SNC son ganglios en el SNP (cúmulo de sustancia gris, o cuerpos

neuronales). Los tractos o comisuras del SNC son nervios en el SNP (sustancia blanca). Los

nervios pueden ser sensoriales, motores (somático o autónomo) o mixtos.

3.- Las Células Nerviosas:

La teoría reticular de Golgi proponía que el tejido nervioso se asemejaba a una red

contínua, similar a la formada con sinapsis eléctricas. La difusión de su tinción con sales de

plata le indujo a pensar así. La teoría neuronal de Ramón y Cajal se opone a la anterior, y

habla de la neurona como entidad celular discreta; se habla de contigüidad de las neuronas,

como realmente sucede en el caso de la sinapsis química. Sherrington descubrió la hendidura

o espacio que separa las dos membranas, y acuña el término de sinapsis.


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El número de neuronas en el cerebro es elevadísimo (alrededor de 100 billones en

humanos), y existen múltiples conexiones (postsinápticas y presinápticas) en cada una de ellas.

Además la neurona es el tipo celular con mayor diversidad morfológica, por su identidad

molecular (por ejemplo neurotransmisores utilizados), y por su actividad fisiológica. Las

prolongaciones, especialmente las axónicas, son muy largas; estas células pueden alcanzar una

longitud de un metro o más, y el citoesqueleto tiene una función imprescindible para el

mantenimiento de la morfología y la actividad. También tienen un papel indispensable a nivel

de las sinapsis. El axón transmite potenciales de acción (PA) hacia las sinapsis. Las dendritas

son la principal diana de los input sinápticos.

Por ejemplo se pueden distinguir morfologías celulares variadas atendiendo a la

diposición del árbol dendrítico, que recibe la información de entrada a la célula nerviosa, y a

las terminaciones o botones axonales. Así se pueden diferenciar por ejemplo;

Célula Bipolar

Árbol dendrítico Axón

Célula Unipolar

Célula Multipolar

Célula Multipolar Piramidal

El axón es la zona de disparo del PA, que es conducido polarmente desde el soma

hasta los terminales axónicos, o botones. Aquí se encuentra la sinapsis donde se producen los

input sinápticos de las dendritas donde se transmite la información hacia una nueva neurona;

esta debe recibir e integrar señales, de forma que estos regulan la emisión de nuevos PA desde

el cono axónico, región triangular del soma neuronal donde la permeabilidad selectiva de la

membrana es especialmente sensible. Aunque las sinapsis suelen encontrarse en las dendritas

(espigas), también pueden formarse conexiones con la membrana del soma celular.

De nuevo las neuronas pueden ser clasificadas por su funcionalidad; sensoriales o

aferentes, motoras o eferentes, e interneuronas o de asociación. Las neuronas sensoriales

pueden actuar como receptores, o recibir la información de otras células especializadas en

estas funciones. Sus terminaciones dendríticas se encuentran en la piel u órganos sensoriales.

Sus axones se dirigen al SNC. Las interneuronas comunican la información desde una neurona

a otra. Las neuronas motoras inervan los músculos. Algunas redes de neuronas primitivas,

como el arco reflejo, conectan directamente neuronas sensoriales (dorsales, unipolares con

soma en ganglio) y motoras (ventrales, bipolares con soma en médula), a través de

interneuronas, en la médula espinal.

El soma neuronal contiene el núcleo, aparato de golgi, retículo endoplásmico,

lisosomas y mitocondrias, suministrando ATP y controlando el metabolismo celular. En el axón

los componentes intracelulares son distintos; se encuentran básicamente microtúbulos y

vesículas, que mayoritariamente contienen neurotransmisores o intermediarios metabólicos


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de estos. De hecho el papel de los microtúbulos no está restringido al mantenimiento de la

morfología celular sino que también actúan como medio de soporte para el transporte de las

vesículas a través del axón, como una autopista. El transporte es facilitado por las proteínas

motoras kinesina y dineina.

Otras células de los tejidos nerviosos son las células satélite; células cuboideas que

rodean en los ganglios los cuerpos neuronales. También se encuentran otros tipos celulares así

como las células ependimarias, cuboideas o cilíndricas, ciliadas, que recubren los ventrículos

encefálicos, el acueducto de simbio en el mesencéfalo y el epéndimo o canal medular. Por

último encontramos un tercer tipo células que adquiere especial importancia, las células de la

glía.

4.- Células de la Glía:

Las células de la glía son células nerviosas, pero no neuronas. Carecen de axones, no

generan PAs, presentan un metabolismo activo y depósitos de glucógeno, contienen proteína

ácida fibrilar y PAGF (proteína glial). Además son más electronegativas en su interior, ya que

presentan mayor permeabilidad al potasio, alcanzando un potencial de reposo de -90mV.

Pueden estar unidas entre sí por uniones íntimas (GAP junctions) (6 unidades de proteína

conexina forman un complejo conexón), al igual que sucede en sinapsis eléctricas; así los

astrocitos pueden formar una red paralela a la de las neuronas. Se diferencian principalmente

tres grupos;

Astrocitos (SNC) Fibrosos (sustancia blanca, con prolongaciones delgadas) o protoplásmicos (sustancia gris). Múltiples funciones como metabolismo de neurotransmisores (NT) o las sinapsis tripartitas.

Oligodendrocitos (SNC) y Células de Schwann (SNP)

Mielinización. Aunque comparten funciones son distintas por su morfología, composición y proteínas mielínicas.

Microglía (SNC) Fagocitos similares a macrófagos que cambian su morfología al activarse.

En el periodo embrionario la glía radial guía las migraciones de los axones durante el

desarrollo del sistema nervioso.

La mielinización por oligodendrocitos en el SNC y células de schwann en el SNP es

diferente. Los oligodendrocitos envían prolongaciones (80% lipídicas) formando vainas de

mielina en varias neuronas distintas, por enrollamiento y compactación. Sirve así además

como sistema se sostén y mantenimiento de la anatomía del encéfalo y la médula. Sin

embargo, cada célula de schwann forma de por sí una vaina de mielina en un axón del SNP.

Las funciones de los astrocitos en el SNC son múltiples y destacables. El

restablecimiento del potencial osmótico del medio, después de un PA y cuando las

concentraciones iónicas han sido modificadas, es llevado a cabo por los astrocitos cercanos

que retinan el potasio, ya que su permeabilidad a este ión es muy elevada. Así estas células

contribuyen a mantener el microambiente adecuado para el funcionamiento de las neuronas.

Estas células también recapturan los NTs rápidamente después de su acción, para que no se

prolonge por encima de lo necesario. Esto también es llevado a cabo por las neuronas. Por

ejemplo el NT excitador Glu es recapturado por los astrocitos y transformado en glutamina,

por glutamina sintetasa. La captación de Glu es facilitada por el transportador EAAT2. También


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es recapturado GABA, y transformado en Glu y luego en glutamina por el astrocito. Este

precursor retorna al botón de la neurona donde es metabolizado, pudiendo transformarse de

nuevo en Glu, y después en GABA si la neurona es GABAérgica. Si no fuese recapturado podría

interconvertirse espontáneamente en -cetoglutarato. Además los astrocitos intervienen en

las sinapsis tripartitas, pudiendo modular las transmisiones entre neuronas. Los astrocitos

están en íntimo contacto con los capilares sanguíneos del encéfalo, e inducen la barrera

hematoencefálica.

Glu GABA

Neurona glutaminérgica Astrocito Neurona GABAérgica

Las funciones de las células de la glía son múltiples; intervienen en el mantenimiento

del microambiente, las sinapsis tripartitas, la mielinización, la limpieza y mantenimiento del

tejido (microglía), procesos de regeneración del SNP, recaptura y metabolización de NT,

metabolismo y acumulación de nutrientes, inducción de la barrera hematoencefálica y

desarrollo embrionario.

Como hemos visto las funciones de los astrocitos son especialmente destacables;

además de variadas y, en cierta medida, ambiguas, continuamente se ponen de manifiesto un

mayor número de procesos en los que se ven implicados. El caso de la sinapsis tripartita es un

caso muy llamativo descubierto recientemente. Otro caso muy llamativo es la disposición

característica de estas células, que facilita la relación entre neuronas y vasos sanguíneos,

induciendo la Barrera Hematoencefálica (BHE).

Las uniones estrechas (tight junctions) que se establecen entre las células endoteliales

de los capilares y los astrocitos facilitan el transporte selectivo de glucosa. Estas uniones se

establecen a nivel de SNC. En capilares normales se establecen uniones más laxas que

Glutamina

Glu

GABA

Glutamina

Glu

Glutamina Glu

GABA

Astrocito

GLUCOSA LACTATO

GLUCÓGENO ENERGÍA

Neurona GLUCOSA

sangre


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permiten el intercambio libre de sustancias con el plasma. Estas uniones son inducidas por el

contacto con los pies de los astrocitos, y conforman la BHE. Esta barrera sólo es atravesada por

glucosa gracias a transportadores específicos, y algunas sustancias pequeñas liposolubles

como los cuerpor cetónicos que pueden difundir por la membrana.

La comunicación bidireccional neurona-glía ha sido estudiada particularmente

respecto al NT Glu, que es además un Gliotransmisor (GT). Cuando una neurona presinaptica

libera Glu a nivel de la hendidura sináptica, se puede detectar el aumento de los niveles de

calcio en el citosol del astrocito. El calcio es liberado por el retículo endoplásmico como

respuesta a la liberación de GT en la sinapsis tripartita. Otros GT conocidos son D-Ser (también

se une a NMDA), ATP, y GABA (inhibitorio).

Existe un mecanismo de regulación del flujo sanguíneo local en el SNC, que facilita la

vasodilatación en las regiones de mayor actividad neuronal. Cuando las neuronas secretan Glu,

este actua como NT por un lado, pero también actúan como GT uniéndose a los receptores

gutamatérgicos (NMDA) de los astrocitos. La transducción de la señal se produce por

activación de una fosfolipasa que transforma el ácido araquidónico en prostaglandinas; facilita

entonces la secreción de prostaglandinas, hormonas que estimulan la vasodilatación y la

llegada de cantidades mayores de nutrientes y oxígeno.

Los astrocitos envían prolongaciones a capilares y zonas no mielinizadas de las

neuronas (además de a sinapsis tripartitas). Además envían prolongaciones a otros astrocitos,

uniendose entre sí, y organizándose estratégicamente en filas de dos capas entre los vasos

sanguíneos, de manera que se aseguran el suministro de nutrientes.

Además los astrocitos regulan la sinaptogénesis o formación de sinapsis durante el

desarrollo, ya que facilitan y controlan la migración de los axones desde el soma hasta su

localización final. Existe una correlación temporal entre la sinaptogénesis neural y la

diferenciación de los astrocitos. También regulan la neurogénesis, proceso que tiene lugar en

el adulto en algunos núcleos como el hipocampo. Durante la filogenia se puede observar un

aumento considerable del número de astrocitos por neurona. Cortes histológicos del cerebro

de Einstein no muestran nada particular salvo una elevada tasa de astrocitos por célula.

Al contener reservas de glucosa, los astrocitos pueden prolongar su actividad en

condiciones extremas, a diferencia de las neuronas. Estas células de la glía han adquirido una

gran importancia debido a la presión evolutiva; se trata del pegamento físico de las neuronas,

y de su comunicación con los sistemas de transporte de nutrientes; son por lo tanto

indispensables para estas. Los fallos en astrocitos están implicados en patologías importantes

como fallos en la redistribución del potasio, la homeostasis del Glu y la excitotoxicidad como

causa de muerte neuronal, los gliomas o tumores cerebrales, o la enfermedad congénita

neurodegenerativa de Alexander.

Espacio de Astrocito

Capilar


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Las células de schwann tienen un papel imprescindible en los procesos de

regeneración de axones después de degeneración walleriana. La neurona mielinizada presenta

en el soma cuerpos de Nissl. Al romperse el axón, la parte distal degenera, y los cuerpos de

Nissl se dispersan desde una región de la parte proximal al soma, regenerándose así el axón.

Durante este proceso de Cromatolisis aumenta la permeabilidad local de la BHE. Los

macrófagos se extravasan rápidamente y limpian el tejido eliminando los desechos. Al igual

que el axón, las células de schwann producen hormonas del crecimiento que facilitan la

recuperación y mielinización del axón y sus propiedades iniciales. La entrada de macrófagos

nunca se produce en el SNC, donde se encuentra la microglía. En el SNC los oligodendrocitos

liberan factores de inhibición de la regeneración, y no se produce suficiente aclaramiento. Los

astrocitos pueden volverse reactivos, cambiando su morfología y formando cicatrices.

5.- Evolución del Sistema Nervioso y Fundamentos de Neurofisiología Comparada:

Las primeras células nerviosas especializadas parecen tener su origen en las células

epiteliales de los poríferos, con capacidad de despolarizarse. Las hidras presentan plexos

nerviosos epiteliales, donde no existe diferencia entre neuronas, ni transporte polarizado de la

información, ya que las sinapsis son eléctricas. Este tipo de sistemas nerviosos no permiten la

locomoción dirigida.

A continuación se producen los procesos de separación funcional de neuronas

sensitivas y motoras, y de centralización. El proceso de centralización es el paso de un plexo

nervioso formado por redes difusas de células a un sistema concentrado en ganglios y haces

principales. Los ganglios en invertebrados reciben el nombre de neuropilo. Presentan a

menudo estructuras escaleriformes, como los oligoquetos, formadas por dos cordones

principales, longitudinales, conectados en cada metámero por cordones transversales. Estos

sistemas centralizados y ordenados permiten una mayor coordinación del cuerpo del animal,

permitiendo el aumento del tamaño.

A continuación se produce la mielinización, que permite a su vez la aparición de

axones gigantes, con mayor diámetro y mayor velocidad de transmisión del impulso. Este tipo

de axones se encuentra ya en algunos invertebrados como los decápodos o los cefalópodos.

Las vainas de invertebrados son formadas por pliegues laxos de Gliocitos. Pero la mielinización

propiamente dicha es exclusiva de los animales vertebrados, donde se produce una

conducción saltatoria del PA, de nodo a nodo (zonas desnudas, no mielinizadas, del axón).

Esta conducción saltatoria permite un aumento considerable de la velocidad de conducción.

El siguiente proceso es el de cefalización, por el que se forma un órgano principal de

contro y coordinación del cuerpo, denominada encéfalo, que se concentra en la región

anterior del animal, hacia la que este se desplaza. Teniendo en cuenta el desplazamiento, se

entiende que en la mayoría de animales, la boca, los órganos sensoriales, y en consecuencia el

encéfalo, se concentren en la región anterior del cuerpo, o cabeza. Dentro de los vertebrados

seproduce la máxima expresión de la cefalización. Los peces, anfibios, reptiles y aves

presentan lisencéfalos sin circunvoluciones. Sin embargo muchos mamíferos presentan

cerebros con circunvoluciones, que aumentan considerablemente la superficie de la corteza

cerebral. El aumento de la superficie de esta corteza en relación con el tamaño del cuerpo es

máxima en el ser humano, donde cabe destacar un aumento notable de la neocorteza de los

lóbulos frontal y prefrontal, responsables del razonamiento y la ejecución de las conductas.


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Los protóstomos presentan un sistema nervioso ventral, mientras que los

deuteróstomos, como los cordados, desarrollan su sistema nervioso en posición dorsal.

Los eumetazoos son los animales más primitivos, y carecen de sistema nervioso

propiamente dicho. Se trata de los poríferos. Estos animales presentan sin embargo algunas

células epiteliales capaces de detectar y responder a ciertos estímulos, como son el tacto o la

presión, que desencadenan la contracción del individuo como mecanismo de defensa. Se han

encontrado genes en las esponjas de mar Amphimedon queensland que se relacionan en otros

metazoos con la formación de la sinapsis. Estos genes funcionales codifican en el porífero

proteínas cuyo funcionamiento es análogo al que presentan en las sinapsis; esto es una prueba

a favor del origen de la neurona en eumetazoos. Los mismos genes deben ser reutilizados para

nuevas funciones por las leyes de la economía de la naturaleza.

Los cnidarios presentan simetría radial, y un sistema nervioso reticular, a modo de

plexo difuso. Las hidras y las medusas pueden desplazarse a la merced de las mareas pero

nunca presentan una locomoción activamente dirigida; el funcionamiento de su sistema

nervioso puede considerarse homólogo al de los eumetazoos, aunque estos animales

presentan verdaderas neuronas. Cabe destacar que en la forma medusa existe cierta

centralización nerviosa en la base de cada tentáculo, que proyecta fibras hacia la región distal

del mismo. También contiene un pequeño anillo alrededor de la boca, que controla los ritmos

natatorios

Los primeros seres bilaterales, con movimientos dirigidos, son los platelmintos. Estos

presentan ya un modelos de sistema nervioso escaleriforme primitivo, con dos ganglios

principales en la región anterior del animal. De esta forma se produce la jerarquización del

sistema nervioso; un ganglio central concentra la función sensorial.

Los equinodermos también presentan simetría radial, pero se forman redes nerviosas

más organizadas. La forma larvaria es bilateral y deuteróstoma. Presentan un anillo central

alrededor de la boca, que es interpretado como un inicio de centralización. Los plexos difusos

nunca han sido eliminados en la filogenia; por ejemplo en humanos existen, en el sistema

digestivo, los plexos entérico y gastrointestinal.

Anélidos y artrópodos presentan sistemas muy semejantes; se trata de los sistemas de

tipo escaleriforme más desarrollado. Presentan una vaina glial con fibras gigantes. Esto les

dota con una notable plasticidad en la respuesta motora, pudiendo permitir tipos de

locomoción tan complejos como el vuelo.

El sistema nervioso de los cefalópodos se considera el más desarrollado y complejo

dentro de los invertebrados. Estos animales presentan inisctiblemente capacidad de

aprendizaje y memoria. Presentan axones gigantes y ganglios acumulados en lóbulos. Tienen

un número inferior de nervios periféricos, y se caracterizan por presentan un nervio principal

en posición ventral.

Los vertebrados presentan el máximo nivel de centralización y encefalización.

Presentan además mielinización propiamente dicha, que conlleva un aumento considerable de

la velocidad de conducción y la conectividad neuronal. Dentro de la filogenia de los

vertebrados cabe destacar el aumento del grosor y la superficie de la neocorteza, y el aumento

del número de astrocitos por neurona. El resultado es notable en el ser humano; nos dota de

conciencia, lenguaje, cultura, abstracción, reflexión, inteligencia y razonamiento.


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TEMA 2; METABOLISMO Y NUTRICIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO

El metabolismo del sistema nervioso implica múltiples sistemas íntimamente

intercomunicados, entre los que destacan el riego sanguíneo, la barrera hematoencefálica y el

líquido cefaloraquídeo.

1.- Capilares Sanguíneos Encefálicos y Barrera Hematoencefálica:

Al introducir un colorante en el plasma sanguíneo, todos los tejidos se tiñen salvo el

SNC, lo que demuestra que los capilares presentan paredes especiales; se trata de la BHE. Esto

asegura el establecimiento de un medio estable y adecuado para las células neuronales, que

evita la entrada de sustancias tóxicas y células inmunitarias. Los astrocitos tienen un

importante papel inductor en la formación de esta barrera; rodean los capilares facilitando y

controlando los intercambios con el plasma. Tienen, en su membrana, transportadores

selectivos para glucosa, aminoácidos y algunos sustratos metabólicos y energéticos.

Además los capilares cerebrales tienen características propias que los diferencian del

resto de capilares sistémicos. Las células endoteliales se encuentran interconectadas por

uniones estrechas, carecen de vesículas pinocitarias, y presentan un elevado número de

mitocondrias que suministran ATP para el transporte selectivo de nutrientes. Entre los

transportadores destaca Glut1 para glucosa, que se encuentra en las zonas luminal y abluminal

del endotelio. El sistema L facilita a favor de gradiente el paso de aminoácidos neutros grandes

como la L-Dopa. El sistema A facilita el transporte activo de aminoácidos neutros pequeños

como Gly, a expensas de ATP. Se encuentra en la superficie abluminal, junto con las bombas de

sodio-potasio ATPasas. Por último el sistema ASC para aminoácidos como Ala, Ser o Cys

bombea estos aminoácidos hacia la sangre a expensas de ATP. Se encuentra también en la

superficie abluminal.

Los pericitos son células similares a astrocitos, con un papel fundamental, ya que

envuelven los capilares embutiéndose sobre la membrana basal, y dejando espacios desnudos

sólo para el establecimiento de uniones con las prolongaciones de los astrocitos. De este modo

estas células refuerzan y protegen a la BHE.

Los órganos circunventriculares del encéfalo carecen de BHE. Se encuentran en los

ventrículos III como la neurohipófisis, el órgano subfornical, o la glándula pineal, y IV, como el

área postrema. En estas regiones existe una mayor permeabilidad de los capilares que en el

resto del encéfalo. Las funciones de estos órganos están relacionadas con la ausencia de BHE.

Por ejemplo el área postrema tiene quimiosensibilidad a determinadas sustancias tóxicas, y

desencadena el vómito. Las toxinas deben alcanzar directamente a las neuronas. En el caso de

la neurohipófisis, destaca su papel de neurosecreción. También están implicados procesos de

saciedad de la ingesta y control de la homeostasis del organismo. Los órganos

circunventriculares están implicados en la producción de fiebre. Las aspirinas son antipiréticas

(reducen la fiebre) por su acción sobre el hipotálamo inhibiendo la producción de

prostaglandinas. Ante infecciones o inflamaciones el sistema inmune activado libera Citokinas

que entre otras funciones estimula la secreción de prostaglandinas.

Existen trastornos específicos de la BHE que pueden dar lugar a patologías graves. Por

causa de tumores pueden producirse edemas y acumulación de líquido intersticial que impide

el desarrollo de la BHE. La meningitis bacteriana puede causar roturas de la barrera y la

entrada de macrófagos que no reconocen a muchas células cerebrales. Transtornos del


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desarrollo pueden llevar a la carencia de transportadores Glut1 activos, y por lo tanto de

glucosa. Además está implicada en la enfermedad de parkinson, consecuencia de disfunciones

en la ruta dopaminérgica nigro-estriatal. La L-Dopa debe atravesar la BHE para ser

metabolizada en Dopamina. En enfermos de parkinson la L-Dops es metabolizada en la

periferia, donde no es eficaz; dopa descarboxilasa no es inhibida correctamente en la periferia.

2.- El Líquido Cefalorraquídeo:

El líquido cefalorraquídeo es el líquido interno que baña al SNC. Se encuentra desde

los espacios subaragnoideos de las meninges, encima de la neocorteza, hasta el epéndimo, o

canal medular. También se encuentra en las cavidades de los ventrículos I, II y IV y el

acueducto de Silvio del mesencéfalo que comunica los ventrículos II y IV.

Se trata de un líquido acuoso, incoloro e inodoro. Es acelular aunque se encuentran

algunos linfocitos, presenta bajos niveles de proteínas, menor concentración de glucosa que el

plasma, y una composición química distinta de la del plasma en general. Es un líquido

homeostático mecanico-químico que funciona como tampón.

Se puede decir que el SNC “flota” en el interior del líquido cefaloraquídeo. Este líquido

es por lo tanto el medio en que se desarrollan y funcionan las células nerviosas, y debe

suministrarlas nutrientes y eliminar desechos tóxicos. Las células ependimarias secretoras de

este líquido se encuentran en los plexos coroideos. Se trata de las células ependimarias

modificadas que se encuentran en las cavidades de los ventrículos laterales; I y II.

Este líquido está en contacto con el plasma sanguíneo, concretamente gracias a los

capilares de los espacios subaragnoideos de las meninges, que recubren todo el SNC; tanto el

encéfalo como la médula. Estas meninges tienen también otras funciones como la reducción

del impacto de los golpes en el encéfalo, funcionando como protección física. Las

granulaciones aragnoideas (invaginaciones de el espacio subaragnoideo hacia el aragnoides)

drenan de nuevo el líquido hacia la sangre venosa. Las vellosidades aragnoideas son

proyecciones de la membrana aragnoidea hacia el seno venoso que impiden el reflujo.

1; Agujero interventricular de monro 2; Acueducto de silvio

3; Abertura lateral de luschka y abertura subaragnoidea de magendie

Movimiento del líquido cefalorraquídeo

Plexos coroideos

SANGRE ARTERIAL

SANGRE VENOSA

Granulaciones

Espacio subaragnoideo

Cavidad del ventículo

IV

Conducto raquídeo

(médula)

Cavidad de ventrículos laterales

(I y II)

Cavidad del ventrículo

III

1

2

3

Canal espinal


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Tanto la piamadre (revestimiento externo de los ventrículos) como el epéndimo

(revestimiento interno de los ventrículos) son muy permeables y permiten los intercambios

entre el líquido cefaloraquídeo y el líquido intersticial cerebral.

En condiciones normales se establece un equilibrio osmótico entre el plasma

sanguíneo y el líquido cefaloraquídeo, facilitado por el contínuo trasiego de solutos. Las

concentraciones de iones y glucosa son muy superiores en el plasma, y también es superior el

pH, por lo que se facilita el transporte pasivo del plasma hacia el líquido, y del líquido hacia el

interior de los ventrículos.

Las hidrocefalias se deben a la acumulación de líquido cefalorraquídeo en distintas

regiones del SNC, debidas a la obstrucción de las vías de circulación sanguínea por tumores,

hipersecreción, o déficit de eliminación a la sangre venosa. Suele ser externa (en espacio

subaragnoideo) aunque luego pasa a ser interna.

Este líquido puede ser extraido a nivel espinal para la realización de pruebas. Su

turbidez indica patologías, como pueden ser esclerosis múltiple, meningitis bacteriana o

hemorragias. La turbidez puede deberse a la presencia de células inmunitarias o sanguíneas.

3.- Metabolismo Neuronal:

El cerebro presenta un elevado metabolismo energético. Además de las células de

glía, contiene alrededor de 100’000.106 neuronas, que establecen un billón de sinapsis. Su

peso de 1’350g (2-2,5% del peso corporal) presenta una elevada actividad eléctrica y consume

el 15% del flujo cardiaco total. Absorbe el 25% del oxígeno de la sangre, del cual el 94% es

consumido por la sustancia gris, particularmente en regiones como la neocorteza.

El gasto energético se explica fundamentalmente por la contínua e intensa actividad de

las bombas ATPasas de sodio-potasio, que trabajan en todas las células nerviosas para

restablecer los potenciales de reposo de la membrana. Otra parte de la energía es empleada

en la síntesis de los sustratos necesarios para las células, así como proteínas, canales,

transportadores, receptores, NT o enzimas.

Presentan un metabolismo aerobio basado en glucosa; los tranportadores de glucosa

del SNC no son insulina-dependientes. La glucosa es integrada en las principales rutas

energéticas; glicólisis y ciclos de los ácidos tricarboxílicos (en mitocondrias, a partir del

piruvato), formándose finalmente ATP y CO2. También puede formarse Glu a partir del -

cetoglutarato del ciclo TCA. De hecho, en casos de carencia de glucosa el cerebro puede

utilizar en casos excepcionales los cuerpos cetónicos del plasma como fuente de energía; se

trata de los grupos ceto resultantes del catabolismo de los ácidos grasos; aceto-acetato y -

hidroxilato. Cuando su concentración en plasma aumenta, también lo hace su permeabilidad a

través de la BHE.

Durante el periodo neonatal se produce la cetosis (aumento de cuerpos cetónicos en

sangre) debido a la alimentación basada en leche materna. Paralelo a ello puede observarse un

aumento en los niveles de enzimas necesarios para su aprovechamiento energético.

La utilización de glucosa en el cerebro es un proceso regional o local; se incrementa en

las regiones que, en cada instante, presenten una elevada actividad eléctrica o sináptica. Por

ello debe llevarse a cabo una regulación local del flujo sanguíneo cerebral. Al aumentar en

determinadas regiones los niveles de CO2, y descender los niveles de O2 y pH, aumenta el flujo

sanguíneo regional. Este proceso viene controlado por los astrocitos, que al detectar la


12

actividad neuronal liberan calcio en su citosol (despolarización Ca2+-dep) desencadenando la

secreción de prostaglandinas y la vasodilatación.

La actividad neuronal puede de hecho ser detectada por medio de aparatos que

registran los niveles de glucosa localmente en el cerebro. La autorradiografía se basa en el

registro de la actividad metabólica de los tejidos, después de la inyección de 2-desoxi-glucosa

marcada radiactivamente en la circulación sistémica. Dado que esta glucosa es transportada

como glucosa normal, pero no es metabolizada, se acumula en las regiones de mayor actividad

metabólica neuronal, revelando las regiones del encéfalo que han presentado actividad

eléctrica más oscuras. Otras técnicas como la tomografía con emisión de positrones (PET)

pueden marcar las distinlas regiones cerebrales en función del consumo del glucosa, marcando

un gradiente de mayor a menor actividad (rojo>naranja>amarillo>…>azúl>violeta>negro).

El mecanismo para evitar la hiperamonemia (exceso de amonio) está relacionado con

la transformación de Glu a Glutamina, que tiene lugar en el interior del astrocito. Esta

transformación es NH4+-dep, por los que en condiciones paticulares, como la insuficiencia

renal-hepática, los excesos de aminio en el SNC pueden ser tamponados, a partir de Glu, GABA

o-cetoglutarato.

El SNC presenta necesidades constantes de O2 y glucosa, que son sus principales

sustratos nutritivos para generar ATP, salvo en los casos especiales como la lactancia o el

ayuno. La hipoglucemia puede aectar negativamente al encéfalo, y acarrear disfunciones

cerebrales. Además, la glucosa participa en otros procesos, pues sirve como precursor para la

síntesis de varios NT (Glu, GABA, Asp) y para el esqueleto de muchos aminoácidos

TEMA 3; POTENCIALES DE MEMBRANA; CODIFICACIÓN Y CONDUCCIÓN DE LA INFORMACIÓN

1.- Potencial de Reposo y Permeabilidad de la Membrana:

El potencial electroquímico del interior de la célula puede ser medido con ayuda de

dos electrodos conectados a un amplificador y un osciloscopio. Un electrodo debe encontrarse

en el medio interno de la celula, y el otro en el medio extracelular. El potencial de reposo

detectado generalmente en las células es electronegativo en el interior, donde se encuentran

altas concentraciones de aniones, Cl- y K+, pero bajos niveles de sodio y calcio. El potencial de

reposo de las neuronas varía entre los -60mV y los -70mV. El de los astrocitos suele rondar

entorno a los -90mV.

La membrana de las neuronas presenta permeabilidad selectiva para K+, Na+ y Cl-,

pero no para otros aniones con carga negativa, que se encuentran en el interior, como los

aniones proteicos. La membrana de los astrocitos presenta mayor permeabilidad al potasio

que la de las neuronas, y esto explica que en el equilibrio su potencial de reposo sea más

electronegativo

Los canales facilitan el tránsito de iones a favor del gradiente elecroquímico

preestablecido. Los canales pasivos, no dependientes de voltaje, permiten el paso constante

de iones potasio hacia el exterior celular también durante la etapa de reposo, y también en

menor medida de los otros iones. El número de estos canales en la membrana determina la

permeabilidad para el potasio, y en consecuencia el potencial de reposo.

Hay que tener en cuenta que sin un mecanismo compensatorio a este goteo constante

de potasio, se perdería el equilibrio del potencial de reposo. Las Bombas Na/K trabajan a


13

expensas de ATP, sacando tres iones de sodio e introduciendo dos de potasio en contra del

gradiente electroquímico, y contribuyendo así al potencial de reposo.

La ecuación de nerst integra las fuerzas eléctricas y de gradiente de concentración de

los iones, determinando su contribución al potencial, y la fuerza general de su gradiente

electroquímico. Esta se descompone en dos; un trabajo o fuerza química debida a la

concentración (Wc), y un trabajo o fuerza eléctrica debida a la carga iónca (We), ambas en

equilibrio;

Trabajo que se opone a la Fuerza Química (Wc) que tiende a arrastrar al ión hacia el

medio donde su concentración es menor; el externo:

𝑊𝑐 = 2,3.𝑅.𝑇. log[𝐾+]𝑒𝑥𝑡[𝐾+]𝑖𝑛𝑡

R=Constante de los gases perfectos; T=Temperatura en grados kelvin

Trabajo ejercido por la fuerza eléctrica (We) que tiende a arrastrar al ión hacia el

medio electronegativo interno:

𝑊𝑒 = 𝐹.𝐸

F=Constante de faraday; E=Diferencia de carga eléctrica

Dado que en equilibrio We=Wc, obtenemos la ecuación de Nerst, que nos permite

hallar el valor del potencial de nerst (E) o potencial electroquímico; el potencial de membrana

para un ión concreto es:

𝐸 = 2,3.𝑅.𝑇

𝐹. log

[𝐾+]𝑒𝑥𝑡[𝐾+]𝑖𝑛𝑡

El potencial de reposo en equilibrio para el potasio en la neurona es EK=-75mV. Para

cualquier otro ión dado podemos calcular del mismo modo su potencial de nerst, que

determinará el sentido y la intensidad de la tendencia de su transporte pasivo a través de la

membrana, que dependerá también de la permeabilidad de esta (la cantidad de canales

disponibles). Por ejemplo ENa=+55mV; si su potencial de nerst no fuese opuesto al del potasio,

no habría equilibrio, y ambos potenciales tenderían a anularse. La permeabilidad para el sodio

es 1/25 que la del potasio, y por ello la membrana está polarizada y el interior es

electronegativo. En esto se basa la despolarización.

En una solución osmótica con varios iones distintos, la tendencia de la membrana

pasará a depender del conjunto de las fuerzas químicas y eléctricas de todos ellos. La ecuación

de Goldman valora la contribución de los distintos iones al potencial de la membrana, en

función de su concentración y la permeabilidad para cada uno de ellos:

𝑉𝑚 = 58. log𝑝𝐾+. [𝐾+]𝑒𝑥𝑡 + 𝑝𝑁𝑎

+. [𝑁𝑎+]𝑒𝑥𝑡 + 𝑝𝐶𝑙−. [𝐶𝑙−]𝑒𝑥𝑡

𝑝𝐾+. [𝐾+]𝑖𝑛𝑡 + 𝑝𝑁𝑎+. [𝑁𝑎+]𝑖𝑛𝑡 + 𝑝𝐶𝑙

−. [𝐶𝑙−]𝑖𝑛𝑡


14

En condiciones de potencial de reposo para la membrana de una neurona, Vm=-60mV.

2.- El Potencial de Acción y Conducción de la Información:

El potencial de acción, o impulso nervioso, es un cambio transitorio y local del

potencial de membrana de la célula. Los axones son capaces de conducir este impulso aunque

se extraiga el axoplasma. Durante la despolarización, el potencial de membrana se invierte,

pasando a ser electropositivo el interior (VmREPOSO=-60mV, VmPA=+50mV), acercándose al

potencial de nerst del sodio (ENa=+55mV). Durante esta etapa inicial aumenta la permeabilidad

para el sodio. Si se supera el umbral, el ión penetra de forma masiva al interior celular y la

despolarización se acelera, produciéndose el PA. Si se elimina el sodio puede haber

despolarización, pero el potencial nunca alcanza el potencial del sodio ENa. A continuación se

produce una repolarización por el bloqueo de los canales de sodio, y una hiperpolarización que

se explica por la salida masiva de potasio.

La contribución de los canales dependientes de voltaje es fundamental para el

desarrollo de este proceso. La conductancia (opuesto a resistencia) para un ión es la corriente

del ión que fluye dividido por el potencial que lo promueve, y está muy relacionado con la

permeabilidad y la efectividad de la membrana:

𝐺(𝑖ó𝑛) =𝐼𝑖ó𝑛

(𝐸 − 𝐸𝑖ó𝑛)

El potencial de equilibrio para el potasio es el valor del potencial de membrana en el

que la fuerza eléctrica que actúa sobre el ión iguala a la fuerza química, de sentido opuesto, de

forma que se anula el flujo neto de este ión. Para el potasio este potencial equivale a -75mV. Si

la membrana fuese permeable exclusivamente a un ión, su potencial de nerst sería equivalente

al potencial de la membrana.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 5 10 15 20

potencial (mV)

permeabilidad Na

permeabilidad K

Reposo

Despolarización subumbral

Despolarización (PA)

Repolarización (PA)

Hiperpolarización (PA)

PRA

PRR


15

Los canales de sodio dependientes de voltaje son indispensables para el disparo de un

PA. Estos canales están dotados con dos compuestas; una interna y otra externa. Este canal

puede encontrarse en tres estados. En reposo la compuerta de activación se encuentra

cerrada, y la de inactivación abierta; se dice que el canal está cerrado activado, y no permite el

flujo del ión. Cuando se inicia la despolarización el canal pasa a estar abierto, facilitando el

tránsito de sodio; se dice que el canal esta activo. Un poco mas tarde en el tiempo se produce

la inactivación por despolarización, y la compuerta de inactivación, externa, se cierra; entonces

el canal se encuentra inactivado. Finalmente, después de la repolarización, se produce el paso

de inactivado a cerrado activado por cierre de la compuerta interna y apertura de la externa.

Los canales de potasio dependientes de voltaje tienen una única compuerta, cuya

apertura es más lenta, y su activación se produce con cierto retraso respecto a la de los

canales de sodio dependientes de voltaje. Se mantienen abiertos desde la repolarización hasta

la fase de hiperpolarización del PA.

La existencia de los periodos refractarios se explica por el funcionamiento de los

distintos canales dependientes de voltaje, e impide la sumación de varios PAs. El periodo

refractario absoluto (PRA) se corresponde con el periodo de inactivación de los canales de

sodio; no se puede producir un nuevo PA hasta que estos retornan al estado cerrado activo.

Este periodo se solapa con la repolarización y la hiperpolarización. Este periodo marca la

máxima frecuencia de disparo de PAs en la fibra nerviosa. El periodo refractario relativo (PRR)

es posterior al PRA y al PA. Durante este periodo algunos canales de sodio aún no están

cerrados activados. Además los canales de potasio permanecen abiertos, y el flujo de estos

iones hacia el exterior se opone a la señal estimuladora; cuanto más electronegativo es el

interior de la célula, más se inhibe la apertura de los canales de sodio. Aunque durante el PRR

es posible que se genere un nuevo PA, el umbral para ello es superior al de la situación de

reposo y el PA tendrá una amplitud inferior (la permeabilidad no será máxima). A medida que

se restablezca la situación de reposo, el umbral y la amplitud se aproximan progresivamente a

los niveles normales.

La propagación del impulso nervioso se basa en el circuito local de flujo de corriente

que se produce desde las áreas despolarizadas hacia las áreas de membrana adyacentes en

reposo. Este flujo conlleva el establecimiento de un voltaje que facilita la transmisión del PA a

ese área. En condiciones fisiológicas normales, la propagación del impulso nervioso por el axón

es unidireccional. Las cantidades de canales de sodio dependientes de voltaje disponibles (es

decir cerrados activados) en cada área es responsable de dicha unidireccionalidad.

Inactivado Na+ Activo Na+ Cerrado activado

Na+ Na+

El proceso continúa de unas áreas a las adyacentes como una reacción en cadena. Las

bombas de sodio-potasio restauran rápidamente los gradientes de concentración de estos

iones en equilibrio de reposo, a expensas de ATP.

UNIDIRECCIONALIDAD

+


16

Existe en realidad una elevada diversidad de genes que codifican para distintos canales

iónicos dependientes de voltaje con distinta funcionalidad. Esta gran variedad de canales

permite que cada región de la célula presente propiedades diferentes. Así, por ejemplo, el

cono axónico tiene un elevado número de canales de sodio con elevada sensibilidad, que

desencadenan los PA con umbrales más bajos a los detectados en el resto del axón.

Por otro lado, en los botones sinápticos, los canales de calcio dependientes de voltaje

permiten la entrada de calcio al citosol, donde su concentración en reposo es muy baja en toda

célula, y desencadenan la exocitosis de las vesículas de NT. Existen bombas ATPasas que se

encargan de sacar el ión del citosol hacia la matriz extracelular o el interior de orgánulos. La

activación y desactivación de estos canales es muy lenta y prolongada, formando potenciales

muy característicos, con fase de meseta en el momento de la despolarización máxima. Estos

receptores abundan también en el músculo liso y cardiaco. Se diferencian a su vez dos tipos de

canales de calcio. Los de tipo L tienen un nivel de umbral alto, y su inactivación es muy lenta,

produciendo corrientes de larga duración. Controlan en las neuronas la secreción de

neurotransmisor. Los de tipo T presentan un umbral más bajo (-75mV), y se inactivan de forma

más rápida produciendo corrientes de duración mas corta. En las neuronas centrales están

implicadas en las corrientes en ráfagas. Los de tipo N tienen un umbral alto y participan

también en la liberación del NT.

También existen canales de cloruro dependientes de voltaje, pero durante el PA no se

modifica la permeabilidad a este ión; estos canales están implicados en procesos inhibitorios

de hiperpolarización, dificultando el alcance del umbral. Generalmente la concentración de

este ión es superior en el interior.

El diámetro de las fibras interviene en la velocidad de transmisión del impulso; en

fibras de mayor diámetro, la resistencia es menor y el impulso se propaga más rápidamente.

Algunos fármacos y venenos animales pueden bloquear la actividad de los canales de

sodio, potasio o calcio, impidiendo su sensibilidad al voltaje. Por ejemplo la tetrodoxina es

producida por los peces globo, tritones y algunas ranas; bloquean los canales de sodio. La

cocaína de la planta de coca bloquea los mismos canales, pero de manera menos específica y

afín. La saxitoxina es sintetizada por los dinoflagelados, responsables de las mareas rojas, y

también bloquea los mismos canales. Tetrametilamonio es un compuesto catiónico que

bloquea los canales de potasio. DHP4 y omega-toxina son bloqueantes de los canales de calcio

de tipo L.

Las canalopatías son enfermedades autoinmunes o relacionadas con mutaciones en

genes de los canales iónicos de músculo y SNC. Estas disfuciones pueden causar migrañas,

ataxias o epilepsias. Se han identidicado más de 40 tipos de canalopatías distintas en los

distintos tejidos elétricamente excitables.

3.- Potencial Local y Codificación de la Información:

Podemos definir el PA como un fenómeno “todo o nada” que se desencadena sólo

cuando la despolarización de la membrana sobrepasa determinado umbral, y que se conduce a

través de axón manteniendo su amplitud constante, de forma unidireccional. Los potenciales

local (PL), receptor (PR) y sináptico (PS) son conceptos similares al PA, relacionados con la

despolarización, pero aplicado a otros fenómenos concretos. Además no son procesos “todo o

nada”, y pueden difundir en varias direcciones, perdiendo amplitud en relación con la distancia


17

recorrida. Además no presentan PRA ni PRR, pudiendo ser sumados en el tiempo y el espacio,

en cada región concreta de la membrana neuronal.

El potencial local corresponde a cualquier despolarización o hiperpolarización local de

la membrana celular, que no alcanza el potencial umbral para generar un PA. La amplitud de

estos potenciales depende de la intensidad de los estímulos que lo provocan, que pueden ser

de naturaleza variada, como estímulos mecánicos o químicos. La amplitud de los PL puede ser

gradual en función de los estímulos, a diferencia de los PA donde la despolarización es la

máxima permitida por los potenciales de los iones. Estos PL están sujetos a la sumación, de

manera que cuando el 𝑃𝐿𝑖 > 𝑃𝑢𝑚𝑏𝑟𝑎𝑙 se desencadena un PA. Esta sumación es espacial

cuando hay estimulación simultánea de distintos puntos de la membrana, y temporal si hay

estimulación intensamente repetida en un único punto de la membrana. La sumación

considera tanto los potenciales excitatorios (despolarizantes) como los inhibitorios

(despolarizantes). La sumación que define si se produce o no un nuevo PA tiene lugar en el

cono axónico.

La forma de codificar la información por los PL y los PA es por lo tanto muy distinta. La

magnitud de la información aportada depende de la frecuencia de los PA, sin embargo

depende de la amplitud de los PL.

El potencial receptor es un tipo particular de PL relacionado con los sistemas

sensoriales. Se produce en neuronas cuyas terminaciones dendríticas pueden ser estimuladas

por señales mecánicas o químicas sensoriales. El potencial sináptico es un PL que es

desencadenado por la liberación de NT en una neurona presináptica. Este último puede ser

excitatorio (EPSP) o inhibitorio e hiperpolarizante (IPSP). Todos estos PL son sumados en el

cono axónico, región con un elevado número de canales de sodio y bajo umbral, con elevada

susceptibilidad para iniciar un PA. Esta región del soma neuronal ejerce una importante

función integradora, facilitando la transducción de la información del PL al PA.

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 10 20 30 40

PA (mV) (axón) ante distintos estímulos

Sumatorio de PL (mV) (soma) ante los mismos estímulos


18

TEMA 4; SINAPSIS; COMUNICACIÓN INTERNEURONAL DE LA INFORMACIÓN

1.- Neurotransmisores y Codificación de la Información en la Sinapsis Químicas:

La sinapsis química es el proceso mediante el cual el impulso es transmitido desde una

membrana presináptica hasta una membrana postsináptica, a través de la hendidura o espacio

sináptico. En este proceso la información debe ser codificada químicamente, por moléculas

similares a hormonas que facilitan la comunicación entre dos células yuxtapuestas; los

neurotransmisores (NT). También están implicados los receptores de neurotransmisor.

Los NT son liberados en el botón axónico, por exocitosis, tras la llegada de un PA. La

despolarización facilita la apertura de los canales de calcio, y el consecuente aumento de la

concentración de este ión en el citoplasma. El calcio activa un complejo mecanismo que

implica a la proteína clatrina, y que facilita la exocitosis de las vesículas de neurotransmisor.

Cuando las membranas de la vesícula y la célula se fusionan, el NT es liberado a la hendidura

sináptica. Las vesículas se desplazan guiadas por microtúbulos. Después de la liberación del NT

sus membranas permanecen fusionadas, y forman figuras en en la membrana presinaptica,

que facilitan posteriormente la recaptura del NT y el reciclaje de las vesículas.

Los NT son sustancias químicas diversas que actúan como transmisores de la

información entre dos neuronas. Presentan siempre receptores específicos en la membrana

postsináptica que facilitan la transducción de la señal. Las distintas rutas y centros encefálicos

suelen estar categorizados por los NT que utilizan. Por ejemplo, en el tronco cerebral

(mesencéfalo, puente y bulbo raquídeo) es el principal centro de somas dopaminérgicos,

serotoninérgicos y noradrenérgicos.

Existen también mensajeros retrógrados, que son liberados por la membrana

postsináptica para ejercer su mecanismo de acción en la membrana presináptica, como el

óxido nítrico (NO gas) o los cannabinoides.

Entre las principales sustancias que presentan actividad como NT caben destacar;

acetilcolina, aminas biógenas, catecolamidas (derivados de L-DOPA), serotonina, histamina,

aminoácidos y péptidos neuroactivos. En muchos casos se produce la coexistencia,

coliberación y cotransmisión de varios NT en un mismo botón axónico, pero en distintas

vesículas. Así por ejemplo un terminal puede tener vesículas con NT de molécula pequeña que

son liberados con la llegada de cualquier PA, y tener también vesículas de péptidos

neuroactivos que sólo son liberadas cuando la frecuencia de los PA es muy elevada, y también

la concentación de calcio en el botón.

Después de la transmisión, la detención de la acción sináptica es fundamental. Si no se

produce, la transmisión de la señal se prolonga demasiado tiempo pudiendo bloquear el

correcto flujo de la información. En esta detención participa la difusión pasiva del NT en el

líquido intersticial, la recaptura de NT por las vesículas y transportadores de neuronas y

astrocitos, y por acción de los enzimas degradativos en la hedidura sináptica. Por ejemplo

Acetilcolinesterasa destruye rápidamente la acetilcolina formando acetato y colina.

Las catecolamidas son un grupo de moléculas con actividad NT, cuyo precursor es la L-

DOPA, molécula derivada a su vez del aminoácido Tyr. Se trata de la dopamina, la

noradrenalina y la adrenalina. Por ejemplo los núcleos del locus coerulus envían sus

proyecciones noradrenérgicas a diversas regiones, como neocorteza, hipotálamo, sistema

límbico, cerebelo y médula. Los núcleos de la sustancia nigra envían sus prolongaciones


19

dopaminérgicas al nucleo accumbens y a los ganglios basales. Está relacionado con la ruta

mesolímbica de la recompensa y la motivación, o ruta nigroestriatal.

El NT histamina es sintetizado a partir del aminoácido Hys.

La serotonina (5-HT) es una indolamina derivada del triptófano. Los núcleos de rafe

envían sus prolongaciones serotoninérgicas hacia la neocorteza, el tálamo y el puente (hacia la

médula); se trata de las vías descendentes del control del dolor.

Las endorfinas, encefalinas, dinorfinas y endomorfinas 1 y 2 son neuropéptidos de

pocos aminoácidos que se unen a los receptores opioides endógenos Mu (), delta () (mayor

afinidad por encefalinas) y kappa () (mayor afinidad por dinorfinas). Sus agonistas, la morfina

y la heroína, se unen a los mismos receptores calmando el dolor y creando adicción. Existen

otros NT opioides endógenos, como metionina-encefalina y leucina-encefalina. Así, por

ejemplo durante el estrés intenso se liberan -encefalinas que producen analgesia transitoria.

2.- Receptores de Neurotransmisor y Transducción de la Información en la Sinapsis Química:

Los Recetores de NT son proteínas transmembrana de la célula postsináptica que

presentan un sitio de unión específico para determinado NT. Se diferencian principalmente

dos tipos de receptores; los receptores ionotrópicos, de mecanismo de acción rápido, y los

receptores metabotrópicos de mecanismo de acción lento.

Los receptores ionotrópicos son canales iónicos dependientes de ligando. La unión del

NT al receptor provoca un cambio conformacional y la apertura de los canales. Los canales

iónicos son específicos, y de ello depende su mecanismo de acción. Así, si los canales son para

sodio o calcio facilitaran la producción de EPSP excitatorios, mientras que si son para cloruro o

potasio facilitaran la producción de IPSP inhibitorios. Entre los principales receptores

ionotrópicos encontramos los receptores nicotínicos de acetilcolina, GABAA, NDMA, AMPA,

Kainate, Glicina o receptores para Glu, serotonina o purinas.

Los receptores metabotrópicos producen cambios metabólicos en la célula por

modificación de la expresión genética (genes de respuesta temprana). Su acción se

desencadena minutos después de la liberación del NT, aunque pueden dar lugar a

modificaciones de la membrana muy duraderas, que permanecerán durante días o semanas.

Se trata por ejemplo de los receptores y adrenérgicos, GABAB, mGlu (I, II y III), o receptores

para actilcolina y serotonina. Están implicados los sistemas de segundo mensajero. En algunos

casos, por ejemplo, pueden activar la ruta del AMPc que inicia una cadena de proteínas kinasa

que facilitan la apertura o cierre de determinados canales de la membrana. En algunos casos

las kinasas activan factores de transcripción como CREB que facilitan la síntesis de proteína

indispensables para cambios en las conexiones neuronales relacionadas con el aprendizaje y

las funciones superiores del comportamiento. Otros segundos mensajeros, además de

adenilato ciclasa, son fosfolipasa C (forma IP3 y DAG a partir de PIP2), o fosfolipasa A-ácido

araquidónico.

De tal manera la acción de un NT en una sinapsis no depende exclusivamente del NT,

sino también del tipo de receptor específico que presenta la membrana postsináptica.

Los autorreceptores son receptores para NT que se encuentran en la misma neurona

que libera el NT reconocido. Estos receptores se situan en las regiones laterales del botón, y las

regiones distales del axón, e inhiben la liberación del mismo NT por la propia neurona. Se trata

de un mecanismo de retrocontrol negativo que implica una única célula. Existen casos de


20

sinapsis axo-axonal donde la liberación del NT se produce en la misma región; se trata da la

acción presináptica, que puede ser inhibitoria o excitatoria.

3.- El Sistema Cannabinoide:

Al igual que en el caso de el sistema opioide endógeno, existe un sistema canabinoide

endógeno, aunque está menos estudiado. Dado que existen receptores para los canabinoides

derivados de la planta Cannabis sativa en el cerebro, deben también existir moléculas

endógenas que se unan a estos receptores desencadenando su mecanismo de acción. Se trata

de los Endocanabinoides, de naturaleza lipídica. Para estudiar sus efectos y funciones en el

laboratorio, se utiliza el 9-THC extraído de las plantas, ya que es más fácil de obtener.

Los endocanabinoides son los canabinoides endógenos, y presentan su propia

maquinaria metabólica de síntesis, transporte y degradación. Entre los más destacables de

encuentran la anandamina y el araquinodoil glicerol. No son selectivos con sus receptores. Se

trata de neuromoduladores que suelen ejercer su acción a modo de mensajeros retrógrados.

Sus receptores en la membrana de las células más conocidos son CB1 (más frecuente en el

cerebro) y CB2.

Los endocanabinoides no son almacenados en vesículas, ya que por su naturaleza

lipídica deben ser almacenados en la membrana celular, en forma de fosfolípido fosfatidil-

etanolamina. Este fosfolípido es su precursor, de manera que los endocanabinoides son

sintetizados a demanda. Su tiempo de permanencia en el medio es muy elevado, y pueden

almacenarse fácilmente con los ácidos grasos del tejido adiposo. Se trata de moléculas muy

insolubles en agua, por lo que deben ser inyectadas en animales de experimentación utilizando

vehículos. La acción de los endocanabinoides es muy restringida en el espacio y tiempo, a

diferencia de lo que sucede con sus agonistas exógenos.

El sistema endocanabinoide es un sistema neuromodulador. Los endocanabinoides

funcionan como mensajeros retrógrados inhibiendo la liberación de otros NT. Sus receptores

más abundantes en el cerebro, CB1, son receptores metabotropicos que actúan a largo plazo.

Los ligandos endógenos son recapturados por las neuronas y los astrocitos (sistema

endocanabinoide glial) para su metabolismo. Los enzimas aminohidrolasa de acidos grasos

(FAAH) y monoacil-glicero lipasa (MGL) son enzimas que degradan los endocanabinoides en el

interior celular, después de su recaptura por transportadores de membrana. Las

concentraciones muy elevadas de canabinoides inhiben la acción de estas enzimas.

La anandamina es un endocanabinoide que se encuentra en el cerebro y en tejidos

periféricos. Puede unirse a los receptores CB1, CB2 y vanilloide. El receptor vanilloide está

implicado en vías del dolor. Su recaptura es facilitada por un transportador de membrana, y su

degradación es llevada a cabo por FAAH. El 2-araquidonil-glicerol también se une a los

receptores CB1 y CB2 indistintamente, del mismo modo que lo hacen los antagonistas y

agonistas exógenos vegetales.

Los mecanismos de acción fisiológicos de estos compuestos son múltiples, y pueden

intervenir en sinapsis como mensajeros retrógrados, inhibiendo la liberación de NT, o en la

comunicación paracrina y autocrina entre las células. En el cerebro los receptores CB1 están

relacionados mayoritariamente con los mensajeros retrógrados. Se encuentra una alta

densidad de estos receptores en el cerebelo, el sistema límbico y los ganglios basales. Sin

embargo también se encuentran en el cerebro receptores CB2, relacionados con el sistema

inmunitario.


21

Los receptores CB1 para mensajeros retrógrados están unidos a proteína G. Al unirse

el ligando, se desactiva adenilato ciclasa bajando [AMPc] y cerrándose los canales de potasio.

Además también se inhibe a los canales de calcio, de manera que se impide la liberación de NT

en el terminal axónico. En los ganglios basales modulan la motivación. Su papel a nivel del

cerebelo es la de modular la coordinación y actividad motora. También influyen en los

mecanismos de recompensa cerebral creando adicción. En el sistema límbico tienen un papel

fundamental en el hipocampo, donde la densidad de estos receptores es especialmente

elevada; regula el estrés, la ansiedad, el balance de energía corporal, las emoiones y el

aprendizaje. De este modo se explican los efectos cognitivos y emocionales del THC, y sus

efectos deletéreos sobre el aprendizaje. Los endocanabinoides se encuentran de forma natural

en concentraciones muy bajas, y el cuerpo tiene una gran sensibilidad a estas concentraciones,

por lo que las dosis altas crean efectos distintos a las endógenas.

Las principales implicaciones funcionales del sistema endocanabinoide son en realidad

muy variadas. Entre ellas podemos destacar la de analgésicos, biofásicos (pudiendo alterar la

coordinación motora), deletéreos para memoria y aprendizaje, aumentar el apetito y regular

circuitos de recompensa controlando el balance energético corporal, crear hipotermia, inhibir

las nauseas y emesis, modular el sistema de estrés-ansiedad y control neuroinmunoendocrino

regulando el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal y h-h-gonadal. También se sabe que pueden

influir en el desarrollo del cerebro del feto en madres consumidoras, pues estas sustancias

atraviesan con relativa facilidad la barrera placentaria, pudiendo causar déficits cognitivos en

el hijo, y facilitado su adicción durante los periodos críticos y la adolescencia.

Las principales perspectivas terapéuticas son sin embargo también múltiples. Algunas

de las implicaciones funcionales, como aumento del apetito e inhibición de las nauseas,

pueden ser terapias adecuadas para enfermos de SIDA o cáncer. El THC también puede ser

utilizado como antiemético. También puede ser suministrado a pacientes con esclerosis

múltiple, ya que reduce la esplasticidad; existen actualmente productos como Sativex®

destinados a este fin, cuyo contenido es THC y cannabidiol. También pueden ser adecuados

como ansiolíticos (contra ansiedad), analgésico, o como neuroproteción.

Se dice que sus efectos son bifásicos puesto que sumunistros exógenos pueden tener

aplicaciones terapéuticas o efectos deletéreos, en función de las dosis. De hecho las dosis altas

causan los efectos contrarios a las bajas.

Los principales efectos adversos debidos al abuso del cannabis son el desarrollo de

tolerancia a las dosis elevadas, que crea dependencia, cambios conductuales y síndrome de

abstinencia. También cabe destacar en algunos casos los episodios psicóticos en pacientes

vulnerables, por inducción o agravamiento. Por último puede crear esquizofrenia, depresión, y

ansiedad (bifásico). También modifican la actividad de los sistemas respiratorio, cardiovascular

y endocrino. La Gateway theory sostiene que el consumo de cannabis durante el periodo

crítico de la adolescencia es una puerta abierta al consumo y el desarrollo de adicción a otras

drogas.

Algunos antagonistas (se unen a los receptores bloqueando su sitio de unión pero no

desencadenan el mecanismo de acción) también pueden ser utilizados por sus efectos

terapéuticos. Sirven para el tratamiento de la obesidad, facilitando el descenso de la ingesta y

la mejora de los parámetros metabólios, o el tabaquismo. Tienen menos efectos perjudiciales,

pero pueden causar aumentos de la ansiedad y el estrés. Por ejemplo en la unión europea se

ha comercializado el Rimonabant®.


22

4.- Sinapsis Neuromuscular de Vertebrados:

Se trata de un sistema somático y colinérgico. Las placas terminales o motoras son los

puntos donde se producen las uniones entre terminales axónicos periféricos y células

musculares esqueléticas o sarcolema. Se producen repliegues y túbulos T (retículos

sarcoplásmicos) en la membrana del sarcolema, que facilitan la despolarización de la célula

muscular, y la liberación de calcio a su interior.

Los receptores nicotínicos son receptores ionotrópicos de acetilcolina, que se

encuentran en el músculo. Es un canal iónico para sodio y potasio, formado por 5 subunidades;

2 , , , . Además es despolarizante pues facilita mayor entrada de sodio que salida de

potasio. También existen sistemas colinérgicos en el SNC, que utilizan receptores nicotínicos o

muscarínicos (estos últimos se encuentran también en el corazón), como son los núcleos

pedunculados, el núcleo basal de meiner, o los ganglios basales de invertebrados. Estos

sistemas están relacionados con el alzeimer y el ciclo de sueño-vigilia. Se ven afectados por la

nicotina del tabaco.

Desde que se produce un PA de placa terminal o motora hasta que se desencadena la

contracción muscular, se deben suceder varios procesos: la transmisión del NT acetilcolina al

sarcolema y la despolarización de la membrana de este, la liberación del calcio del retículo

sarcoplasmico, y la contracción de actina/miosina a expensas de ATP.

5.-Sinapsis Eléctrica:

Las sinapsis eléctricas son medios de comunicación de la información más primitivos,

donde la despolarización es transmitida directamente entre dos células unidas por uniones

hendidas (GAP junctions), y carecen de brecha o hendidura sináptica. Las desventajas son

claras frente a las químicas; la liberación de NT es un proceso más lento pero fundamental

para la modulación de la información transmitida de una a otra neurona en el ciclo sinapsis-PA-

PL. En este ciclo es fundamental el concepto de unidireccionalidad, muy poco frecuente en

este tipo de neuronas con sinapsis eléctrica con bidireccionalidad; cualquier prolongación

ejerce como axón o como dendrita en distintos instantes.

Los conexones que forman las uniones hendidas facilitan el paso directo de iones del

interior de una célula a la otra, pues comunican ambos citoplasmas. Estos canales son vías de

alta conductancia (baja resistencia), que permiten la transmisión instantánea del impulso sin

retardo sináptico ni modulación.

En animales muy primitivos todas las sinapsis son eléctricas. Su incidencia es muy

elevada en invertebrados, y tiene su mínima incidencia en el cerebro de vertebrados

superiores adultos. En vertebrados existen sinapsis eléctricas, generalmente conservadas por

la velocidad de transmisión. Están implicadas en respuestas rápidas como la huída. También

facilitan la sincronización de poblaciones grandes de neuronas con sinapsis químicas, para la

coordinación de los movimientos.

TEMA 6; LOS SISTEMAS SENSORIALES

1.- Células Receptoras de los Sistemas Sensoriales y Transducción de la Señal:

Los sistemas sensoriales son los sistemas que detectan las condiciones externas o

ambientales, e internas, como la homeostasia, e informan al SNC. Todas las neuronas


23

sensoriales transforman las distintas energías de los estímulos externos en el mismo tipo de

información; PAs. La distinta percepción de los estímulos es consecuencia exclusiva de las

proyecciones de las distintas fibras en el SNC. Los distintos centros superiores cerebrales se

encargan del procesamiento de la información de una única modalidad sensorial, de aquella de

la que reciben la información. Así mismo el área somatosensorial tiene especificidad

anatómica; véase el homúnculo somatosensorial. Por ello los mismos PAs deben ser

interpretados de forma distinta por el SNC, lo que es posible gracias a las redes organizadas de

neuronas. Por ejemplo la información visual, auditiva y somatosensorial atraviesa el ceebro

medio y forma sinapsis en el tálamo, puerta de entrada al cerebro. Después cada modalidad

sensorial es proyectada a distintas áreas de la neocorteza. La información olfativa, a su vez, es

proyectada directamente al área de neocorteza que le corresponde.

Se pueden diferenciar varios tipos de células sensoriales, por sus capacidades

específicas de recepción de estímulos. Las células receptoras (o receptores) pueden clasificarse

así como exterorreceptores para los estímulos externos, u interorreceptores para los

estímulos internos. Entre los interorreceptores se encuentran por ejemplo los receptores

vestibulares del equilibrio, los propioceptores del músculo, los viscerorreceptóres (múltiples),

o los receptores de condiciones químicas internas (múltiples). Muchos de los estímulos, en

particular de los interorreceptores, no alcanzan nunca a nivel del SNC el nivel de la conciencia,

como sí lo hacen la mayoría de los estímulos de exterorreceptores.

Los receptores pueden también clasificarse en función de la forma de energía a la que

son especialmente sensibles. Así pueden diferenciarse los mecanorreceptores para detectar la

energía mecánica (receptores cutáneos, propiocepción, quinestesia), los barorrecetores para

detectar la presión (cutáneos, cardiovasculares), los termorreceptores para detectar los

cambios de temperatura (cutáneos), los quimiorreceptores para detectar los cambios en la

concentración de las distintas sustancias químicas (gustativo, olfativo, osmolaridad de la

sangre, componentes químicas del medio interno),los fotorreceptores para detectar la luz

(retina del ojo), los nociceptores para detectar el dolor de alta intensidad, como quemaduras,

golpes, heridas o pinchazos (terminaciones nerviosas libres cutáneas) o los electroreceptores

que se encuentran el algunos animales como los peces sensibles a campos eléctricos muy

débiles, como el terrestre.

El Potencial Receptor (PR) es un PL que está especializado en la transducción de la

señal en un impulso electroquímico en el sistema nervioso. Son capaces de transformar la

energía de los estímulos en energía eléctrica nerviosa. Este proceso de transducción sólo

puede suceder en zonas muy específicas de la célula sensorial, especializadas en la detección.

El PR es una despolarización (o hiperpolarización) de amplitud graduada en función de la

intensidad del estímulo, y sumable (así como cualquier PL). Si sobrepasa el umbral del cono

axónico desencadenará PAs que pasarán a codificar la información por su frecuencia. El

reclutamiento de más receptores y activación de un mayor número de neuronas sensoriales

se produce ante aumentos de la intensidad del estímulo.

Los receptores sensoriales primarios son los receptores más primitivos, y muy

frecuentes en invertebrados. Se trata de neuronas cuyas terminaciones nerviosas facilitan la

transducción sensorial de la información. Son por ejemplo los corpúsculos de paccini,

nociceptores.

Los receptores sensoriales secundarios son receptores derivados y más complejos. Se

trata de células muy especializadas y diferenciadas de las neuronas, que detectan estímulos


24

muy concretos. Estas células puede formar PRs y transmitírselos a neuronas a través de

sinapsis. Se trata de los receptores de la vista, el oído o el gusto.

La adaptación del receptor se produce ante la aplicación constante de un estímulo.

Cuando el estímulo es muy prolongado, las células sensoriales disminuyen progresivamente la

señal aferente (PA) hasta llegar a anularlo. Así pueden diferenciarse receptores fásicos de

adaptación rápida, como los receptores del tacto, del olfato o de la vista (ante cambios bruscos

de la intensidad de luz la adpatación es rápida a las nuevas condiciones) y receptores tónicos

de adaptación lenta, como los receptores del dolor (piénsese que el dolor tiene valor

adaptativo, y debe ser prolongado pues sino el daño no sería tenido en cuenta).

2.- Respuesta a los Estímulos y Factores Limitantes:

La respuesta máxima de una célula sensorial a un estímuo está limitada por el número

de canales iónicos disponibles en la membrana, de los que depende la permeabilidad del

receptor y la corriente máxima que puede transmitir, y por el periodo refractario que limita la

frecuencia máxima de los PAs.

Otros mecanismos más finos también pueden modular y limitar la intensidad de la

respuesta, como el margen dinámico del receptor o del órgano sensorial. Cuando se alcanza el

nivel de saturación de los receptores a determinada intensidad, estos no pueden reconocer

intensidades superiores. Cada receptor tiene su propio umbral, pero existen receptores

similares para los mismos estímulos con umbrales distintos. Esto permite ampliar el margen

dinámico del órgano sensorial, es decir, ampliar la capacidad de discernir intensidad de

estímulos. Este proceso recibe el nombre de fraccionamiento de rango de los sistemas

sensoriales multineurales. En el siguiente gráfico de respuesta neuronal en función de la

intensidad del estímulo, por ejemplo, los receptores de rango 1 discriminan estímulos de

intensidad entre 0 y 3, pero no superiores. Gracias al fraccionamiento en tres rangos el sistema

sensorial tiene un margen dinámico muy superior; discrimina estímulos de intensidad entre 0 y

10.

-2

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12 14

Receptores de rango 1




25

Los receptores sensoriales somáticos de la piel son muy variados, y cada uno de ellos

se especializa en la transducción de distintos tipos de estímulos; corpúsculos de meissner y

discos de menkel (tacto y presión), corpúsculos de paccini (vibración), corpúsculos de ruffini

(estiramiento de la piel) y terminaciones nerviosas libres (dolor, temperatura). Por ejemplo, los

corpúsculos de paccini son mecanorreceptores fásicos formados por laminillas concéntricas,

como capas de cebolla, que reciben el nombre de estructuras accesorias. Cuando se modifica

la permeabilidad de la membrana de estos receptores se produce un PR que, al sobrepasar el

umbral, informa al ganglio dorsal de la médula espinal, y luego a la propia médula, mediante

fibras A de tipo 2. En este caso la amplitud del PR es incrementa cada vez más lentamente

cuanto mayor es la intensodad del estímulo, permitiendo discernir intensidades dentro de un

mayor margen dinámico (en el siguiente gráfico de respuesta neuronal en función de la

intensidad del estímulo, de 0 a 10).

Los distintos tipos de fibras sensoriales también son determinantes en el tipo de

codificación de la información por los sistemas sensoriales. Así las fibras de tipo 2 o A se

caracterizan por un diámetro medio, y una velocidad de conducción relativamente alta; se

encargan de transmitir la información sobre tacto, presión y vibración. Las fibras de tipo 3 o A

presentan una escasa mielinización y transmiten dolor rápido, punzante y debido a

temperaturas bajas. las fibras de tipo 4 o C son completamente amielínicas y se caracterizan

por la transmisión lenta del impulso, informando sobre el dolor lento y quemante.

3.- Vías de Modulación Sensoriales:

La información aferente somatosensorial asciende a través de la médula y atraviesa

bulbo raquídeo y mesencéfalo para alcanzar el tálamo, donde coincide con las fibras ópticas y

auditivas. Cada una de las tres modalidades sensoriales tienen proyecciones desde el tálamo

hacia sus respectivas áreas sensoriales primarias de la neocorteza. En el caso de la corteza

somatosensorial primaria se observa que las fibras se proyectan a su vez en distintas subáreas,

que corresponden a las regiones anatómicas corporales correspondientes, formándose el

homúnculo somatosensorial, en la región posterior del surco postventral. Las sensaciones son

procesadas y moduladas así concientemente.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10 12 14

Amplitud del PR en corpúsculo de paccini

Amplitud del PR en otros receptores


26

Existen receptores con actividad tónica espontáneamente activos, que en función de

los estímulos pueden aumentar o disminuir su respuesta. Se trata por ejemplo del caso de las

células ciliadas vestibulares, cuya actividad aumenta o disminuye en función de la inclinación

de los cilios hacia uno u otro lado. La actividad eléctrica (frecuencia de PAs) de estos

receptores y de los estímulos aplicados en el tiempo está representada a continación.

También existe un mecanismo de control eferente desde el SNC que puede controlar y

modular la sensibilidad de los receptores.

La autoinhibición es la autorregulación del receptor para evitar su saturación por

estímulos ambientales constantes; sería como realizar un blanco para la espectrofotometría.

Es el caso de los receptores tónicos y fásicos.

La inhibición lateral es un caso especial de automodulación de los sistemas

sensoriales, descubierto en la visión. En este caso permite resaltar el contraste de las imágenes

y discernir las líneas que separan dos distintas intensidades de luz. Los receptores se

encuentran unidos por axones laterales a los otros receptores colaterales, de manera que los

inhiben. Así se forman los sistemas de centro off o de centro on. Cuando un fotorreceptor es

estimulado por una elevada intensidad de luz, inhibe a los que se encuentran en su alrededor.

4.- La Propiocepción:

La propiocepción incluye todas las entradas sensitivas que se encuentran en el interior

del músculo esquelético. Estas fibras sirven para informar sobre la disposición y en particular

el estiramiento de los músculos, facilitándonos información sobre nuestra postura,

manteniendo el tono muscular y desencadenando reflejos miotáticos simples, como el reflejo

rotuliano.

Además de placas terminales, que se encuentran en los extremos, en los músculos

también encontramos el huso muscular, constituído por receptores musculares especializados,

que envían la información aferente a través de fibras de tipo 1a y 2. Las fibras motoras son

intrafusales, mientras que las fibras sensoriales son extrafusales. Cuando se produce un

estiramiento del músculo, las neuronas sensoriales se activan y envían la información al SNC, el

cual responde rápidamente con actividad de las motoneuronas y consecuente contracción

muscular. Existen interneuronas en el SNC que además permiten la inhibición de las

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20

Estímulo inhibitorio u excitatorio

Actividad eléctrica del receptor


27

motoneuronas de los músculos antagonistas. En invertebrados las uniones neuromusculares

son distintas; se trata de una inervación polineuronal con axones inhibidores y excitadores.

5.- Respuesta de Fotorreceptores a la Luz:

Los fotorreceptores de vertebrados son una excepción, ya que la luz genera una

hiperpolarización, y por lo tanto una inhibición de la liberación de NT. En todos los

vertebrados, así como sucede con la mayoría de receptores de otros tipos en vertebrados, el

estímulo luminoso facilita la despolarización del receptor y la liberación de NT. Sin embargo

cabe destacar que los NT liberados por los receptores del ojo son NT hiperpolarizantes, por lo

que las células bipolares, que proyectan la información de los fotorreceptores a las células

ganglionares, se despolarizan ante los estímulos luminosos.

En las lamelas o discos de los fotorreceptores exinten canales que permiten la entrada

de calcio y sodio al interior de la célula, y que se abren en presencia de GMPc. La rodopsina es

un pigmento sensible a la luz que activa fosfodiesterasa E (PDE), la cual facilita la hidrólisis de

GMPc y el cierre de los canales; así la célula se hiperpolariza. En condiciones de oscuridad se

inhibe PDE, y gunilato ciclasa cicla el GMPc, facilitando la apertura de los canales.

Los ojos compuestos de las cacerolas de las molucas Limulus representan una

excepción dentro de los invertebrados, puesto que presentan un acoplamiento eléctrico

(sinapsis eléctrica) receptor-neurona. Sus omatidios (800 por ojo) están dotados con lentes

independientes, y con 10-15 células receptoras que conforman la retínula. En el centro de

estas células se encuentra una dentrita principal y gruesa que establece contacto con todos los

receptores. Se trata de la dendrita de la célula excéntrica, llamada así ya que su soma se

encuentra desplazado del centro del omatidio. Cada omatidio tiene una célula excéntrica que

proyecta un único axón. Los axones de los distintos omatidios forman un plexo nervioso, ya

que presentan inhibición lateral.

6.- Transducción Bidireccional de las Células Ciliadas de la Cóclea:

Las células ciliadas o células pilosas se encuentran en la cóclea del oído interno. Se

encuentran concretamente en los canales semicirculares de la cóclea. Informan sobre los

movimientos rotacionales de la cabeza y el cuerpo. Los cilios de estas células están

polarizados, de manera que se encuentra un cilios principal, o cinetocilo, en un extremo, y a

partir de ahí su longitud es cada vez menor. Estas células presentan actividad en reposo

(receptores espontáneamente activos), de manera que el plegamiento del paquete de cilios

hacia el cinetocilio provoca despolarización y aumento de los PAs generados, mientras que el

plegamiento hacia el lado contrario provoca una hiperpolarización.

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6

actividad de la célula ciliada

actividad en reposo


28

TEMA 7; EL SISTEMA MOTOR SOMÁTICO

1.- Los sistemas motores somáticos, el movimiento y su control por el tronco cerebral:

Junto con los sistemas sensoriales y los de asociación, los sistemas motores o efectores

son una parte fundamental del sistema nervioso central. Destro de los sistemas efectores se

diferencian principalmente dos grandes grupos de fibras eferentes que conforman

respectivamente el sistema motor somático y el sistema motor autónomo o SNA.

Entre las neuronas motoras o efectoras pueden diferenciarse dos tipos. Las neuronas

motoras inferiores presentan su soma en la médula espinal, e inervan directamente a los

músculos. Las neuronas motoras superiores tienen su soma en el encéfalo; se trata de

interneuronas que inervan a las neuronas motoras inferiores.

En vertebrados, la unidad motora se define como el conjunto de las neuronas motoras

inferiores y las neuronas del huso muscular. Esto permite el control del movimiento y el

mantenimiento de la postura y el tono muscular.

Los tipos de movimientos que son regulados por los sistemas motores somáticos son

los movimientos rápidos, estereotipados e involuntarios, como los reflejos, los movimientos

rítmicos, que son en cierta medida controlados de forma involuntaria, así como andar o

comer, y los movimientos voluntarios, aprendidos, conscientes y con propósito.

El control del movimiento se puede así producir a distintos niveles del SNC. Existe una

jerarquía organizada de control, donde se ven implicados distintos centros. De menor a mayor

complejidad, esos centros pueden encontrarse en la médula espinal, el tronco encefálico, o la

neocorteza. La información motora de la neocorteza puede ser proyectada a través del tonco

encefálico y el cerebelo, o directamente a la médula a través del tracto corticoespinal o

piramidal. El área motora primaria de la corteza cerebral se encuentran en la región anterior

del surco central, y las regiones anatómicas se encuentran yuxtapuestas en ambas áreas,

formándose el homúnculo motor. La información motora que se origina en el tronco encefálico

forman sinapsis a nivel de la médula, y controlan movimientos finos que precisan de destreza,

por ejemplo los realizados con las manos. Esta información puede ser proyectada a través de

los tractos tectoespinal (tectum), rubroespinal (núcleo rojo), reticuloespinal (reticular) y

vestibuloespinal (vesibular).

Los ganglios basales son núcleos subcorticales del cerebro, que reciben la información

que es proyectada a través del tálamo por la corteza motora primaria. Se trata de los núcleos;

putamen-caudado, globo pálido, subtalámico y substancia nigra.

Las cortezas motoras primaria y de asociación reciben la información sobre las ideas

del movimiento, de áreas superiores de la neocorteza; las áreas de integración. Se trata de

áreas de asociación multimodal, que integran las distintas modalidades sensoriales y la

información sobre la postura del cuerpo, encargándose de la comprensión, el razonamiento y

la planificación de la conducta. Se produce un bucle de retroacción, que controla la actividad

motora eferente del tálamo en función del movimiento realizado. Se conocen dos rutas; la vía

directa y la vía indirecta.

La vía directa aumenta la actividad motora cortical. Esta vía transforma ideas

abstractas de la corteza premotora o corteza motora de asociación, en la ejecución de

movimientos. Las alteraciones en esta ruta son de tipo hipocinético, así como por ejemplo el

Parkinson. Se trata de una enfermedad neurodegenerativa para la que no se conoce cura (sólo

algunos tratamientos). Está relacionada con la degeneración de la vía dopaminérgica nigro-


29

estriatal, y la pérdida de células de la sustancia nigra. Puede producirse la pérdida de más del

80% de la dopamina del núcleo estriado. Se produce temblor, rigidez, alteración postural,

demencia e inercia para iniciar y parar movimietos. Se produce por causas genéticas y

ambientales.

La vía indirecta inhibe la actividad motora cortical, inhibiendo la ejecución de

movimientos en base a las ideas abstractas que se forman en la corteza premotora. Las

alteraciones producen disfunciones hipercinéticas, como por ejemplo la corea de Huntington,

que afecta a los ganglios basales. Se trata de una enfermedad hereditaria autosómica,

responsable de la degeneración progresiva del cerebro. Se produce a casa de una mutación en

la proteína huntigtina, responsable de la acumulación de restos de glutamina. Produce

demencia. Se observan aumentos de dopamina e hiperactividad dopaminérgica,

neurodegeneración de la neocorteza y del núcleo estriado, movimientos involuntarios y

repentinos llamados coreiformes, reducción del 75% de los niveles de glutamato

descarboxilasa para la síntesis de GABA, atrofia severa del núcleo caudado y agrandamiento de

los ventrículos laterales.

Vía Directa (1) y Vía Indirecta (2)

Excitación Inhibición

2.- El Cerebelo:

El cerebelo se encuentra íntimamente relacionado con los núcleos talámicos, la

corteza motora primaria, y los núcleos motores del tronco encefálico; pontinos, vestibulares,

superior de la oliva, y dorsal de Clarke. Se trata de una región del SNC con una importante

función en la coordinación de la información eferente motora que es enviada a la médula.

El cerebelo presenta varias capas. La corteza del cerebelo es el folias o paleocorteza,

que contiene la sustancia gris. Esta corteza cerebelosa se organiza en tres capas, a diferencia

de la neocorteza que cuenta con seis. Se trata de la capa molecular, más externa, donde se

encuentran el árbol dendritico de las células de purkinge, la capa de purkinge donde se

encuentran los somas de las mismas células, y la capa granular, donde se agrupan los axones.

En el interior se encuentra la sustancia blanca. Las células de purkinge reciben la información

de fibras trepadoras y fibras musgosas que llegan desde el encéfalo.

Las principales aferencias al cerebelo son enviadas por receptores sensoriales

relacionados con el movimiento, el tracto espinocerebeloso (propiocepción), el tronco

Neocorteza

Neoestriado

Tálamo

Sustancia Nigra,

Globo Pálido Interno,

(Pars Reticulada)

Globo Pálido Externo

Núcleo Subtalámico

1 2

2

2


30

encefálico y corteza motora primaria por la vía cortico-ponto-cerebelosa. Las eferencias del

cerebelo son a su vez proyectadas hacia los núcleos cerebelosos profundos, dentado,

emboliforme y fastigial. Desde aquí la información es redirigida hacia la corteza a través del

tálamo o hacia los efectores musculares, a través de los núcleos del tronco encefálico y la

médula, por las vías reticuloespinal, vestibuloespinal y rubroespinal.

Entre las funciones del cerebelo, destaca su importante papel en el control del tono

muscular, el equilibrio y la coordinación sensorimotora. Funciona como un sistema

comparador, ya que coteja la información relacionada con la secuencia de contracciones

musculares temporales ordenadas por la corteza motora, con la información acerca de la

posición del cuerpo y los movimientos que se están ejecuntando. Si la comparación entre los

movimientos ordenados y los que se están ejecutando revela una diferencia o un error, el

cerebelo emite señales correctoras y reduce la activación de los músculos descoordinados.

Controla movimientos voluntarios e involuntarios.

TEMA 8; EL SISTEMA MOTOR AUTÓNOMO

1.- Sistema Nervioso Autónomo Simpático y Parasimpático:

El SNA (SNAP y SNAS) son los sistemas motores autónomos, independientes de las

funciones superiores cerebrales. Inervan al músculo liso del aparato digestivo y de las

glándulas, y al músculo estriado cardiaco. El SNAS está especialmente relacionado con las

funciones que requieren energía, estrés, o respuesta de lucha o huída. El SNAP está

relacionado con las situaciones de reposo en general, y con las funciones digestivas. Existe un

equilibrio entre las funciones SNAS-SNAP, que regula un gran número de parámetros

fisiológicos internos.

SISTEMA SENSORIAL

MÉDULA Ganglio Dorsal

SISTEMA MOTOR SOMÁTICO

SISTEMA NERVIOSO AUTÓNOMO

Ganglio Autónomo Fibra postganglionar Fibra preganglionar Glándula Adrenal


31

El SNAS presenta fibras preganglionares torácico-lumbares largas en comparación con

las fibras sacras, cervicales y troncoencefálicas (pares craneales III, VII, IX y X) del SNAP.

Los NT más comunes en el SNA son acetilcolina y noradrenalina. El SNAP utiliza

acetilcolina tanto en sus fibras preganglionares como en las postganglionares. El SNAS utiliza

acetilcolina en sus fibras preganglionares y preadrenales, sin embargo utiliza la noradrenalina

en las postganglionares. La glándula adrenal secreta a su vez adrenalina y noradrenalina. Como

excepción, las fibras postaganglionares del SNAS que inervan las glándulas sudoríparas liberan

acetilcolina. En algunos casos, en las sinapsis efectoras, se produce coliberación de acetilcolina

y noradrenalina SNAS), o acetilcolina y VIP (SNAP). Los receptores colinérgicos del SNA pueden

ser nicotínicos o muscarínicos.

Los receptores muscarínicos se encuentran en todas las sinapsis de los terminales

axónicos de las fibras postganglionares del SNAP y algunas del SNAS. Los receptores

nicotínicos se encuetran a su vez en todas las sinapsis de los terminales axónicos de las fibras

preganglionares del SNAS y SNAP.

Los principales efectos del SNAS están relacionados con la preparación del cuerpo para

afrontar situaciones de actividad física, como la respuesta de lucha/huída. Es reponsable de

midriasis (dilatación de pupilas), aumento en la frecuencia y flujo cardiacos, vasoconstricción

en piel y vísceras, vasodilatación en músculo cardiaco y pulmones, erección del pene,

bronquiodilatación de los bronquiolos, activación de la glucogenolisis y lipolisis y estimulación

de la glándula adrenal para la producción de hormonas adrenalina y noradrenalina.

Los efectos del SNAP son por lo general los contrarios. Es responsable de la miosis, el

aumento de las secreciones salivares y digestivas, la disminución de la frecuencia cardiaca, la

broncoconstricción, la relajación de esfínteres, la contracción de las paredes urinarias y de la

vejiga, la eyaculación y el aumento del tono y movimiento gastrointestinal.

El tono simpático (coactividad SNAS-SNAP) mantiene generalmente las arteriolas

constreñidas a la mitad de su diámetro. Esto permite que se produzcan variaciones en su

diámetro en ambos sentidos, permitiendo tanto el aumento como el descenso del flujo

sanguíneo en los distintos tejidos. Del mismo modo existe un tono simpático digestivo y

glandular.

La hipotensión ortostática se debe a la pérdida del reflejo barorreceptor. Este receptor

se encuentra en el seno de la arteria carotidea, facilitando el control sobre las tasas y flujos

cardiacos y vasodilatación. Estos receptores informan al tracto solitario a través del IX par

craneal, que modifica la actividad de SNAP a través del núcleo motor dorsal facilitando la

vasodilatación y el descenso del flujo cardiaco, o la actividad del SNAS a través de la formación

reticular y el bulbo raquídeo, que facilita el descenso de la presión arterial.

2.- Centros de Control Autónomo del Tronco Cerebral:

En el tronco cerebral existen centros de procesamiento de la información muy

importantes para el SNA, al igual que para el sistema motor somático. Por ejemplo, los

cambios emocionales desencadenan cambios vegetativos en el cuerpo; esto se produce bajo

control del sistema límbico, que recibe la información sensorial procesada por la neocorteza, y

la envía hacia el SNA a través del hipotálamo. Del mismo modo, por ejemplo, la medida del

estrés puede realizarse a través del comportamiento, o fisiológicamente.

Podemos destacar el papel de la amígdala, que recibe información de distintas

regiones de la neocorteza, y da el tinte emocional a la situación interpretando esa información.


32

A continuación organiza las respuestas conscientes (vía neocorteza) y las autónomas, como

son la expresión corporal, la fisiología y el comportamiento. Por ejemplo, se encarga de

interpretar la respuesta de miedo condicionado. Se observa en TEP como aumenta la actividad

en la amígdala de una persona que está escuchando palabras amenazadoras. Por supuesto la

actividad de la amígdala implica la anterior actividad de las áreas de asociación corticales, que

facilitan la comprensión de la información externa. Las eferencias de la amígdala son a su vez

múltiples, y presentan múltiples funcionalidades, resumidas a continuación:

Hipotálamo lateral Hipocardia, palidez, midriasis, aumento de la presión arterial.

Núcleo ambiguo (motor dorsal del nervio vago)

Micción.

Núcleo del tronco cerebral (tegmental ventral)

Hipervigilancia, aumento de la atención.

Sustancia gris periacueductal Respuesta al estrés (Cannon) y al dolor, hipoalgesia, freezing (el animal queda inmóvil ante miedo).

Núcleo paraventricular Nervios corticosteroides y estrés a largo plazo (Seyle)

TEMA 9; REGULACIÓN DE FUNCIONES SUPERIORES CEREBRALES

1.- El Miedo Condicionado:

El miedo condicionado es una respuesta a un estímulo atemorizante que implica

aprendizaje emocional, extinción de memorias aversivas, y desorden de estrés post-

traumático. Este tipo de desorden es muy violento, y conlleva recreaciones (sueños, imágenes)

mucho tiempo después del estímulo, acompañadas por ansiedad (11-M, desastre natural).

El aprendizaje emocional implica a los núcleos de la amígdala y el hipocampo, es decir,

al sistema límbico. En el aprendizaje condicionado se somete a los animales a un estímulo

condicionado neutro (sonido, luz) seguido en el tiempo por un estímulo incondicionado

aversivo (descarga eléctrica). Después de este tratamiento, los animales se preparan para

recibir el incondicionado cuando reciben el estímulo condicionado, de manera automática, por

asociación (perros de paulov). Se trata de respuestas condicionadas por el ambiente. Así los

animales sometidos a descargas después de un sonido, los animales van a tener miedo cada

vez que escuchen ese sonido, aunque no se acompañe de descarga.

La extinción de conductas condicionadas o aversivas también es posible. Si sólo se le

presenta el estímulo condicionado durante varios días a los animales, estos pierden el miedo.

Esta extinción tiene valor adaptativo, pues en este caso la capacidad de olvidar es tan

importante como la de aprender. Posiblemente en la naturaleza los animales podrían

desarrollar miedo a un territorio donde se encuentran mayoritariamente los recursos, sin un

verdadero motivo duradero. Los ratones que carecen de receptorers CB1 del sistema

endocanabinoide presentan déficit en la extinción de la respuesta condicionada. Si los mismos

receptores se encuentran bloqueados se observan fallos similares. Los fallos en este sistema

suelen conllevar desórdenes emocionales.

La corteza orbitofrontal se encarga de la adecuación y control de las respuestas

emocionales a estímulos como el miedo. Las información de otras áreas de la neocorteza

converge en esta región. En relación también con el sistema límbico, esta área controla la


33

adaptación de la respuesta, la toma de decisiones y el control de respuestas emocionales. Su

desarrollo en la ontogenia es tardío, y explica la falta de control de las emociones en

adolescentes.

2.- Aprendizaje Espacial:

El aprendizaje espacial ha sido estudiado en las puebas de water maze, o laberinto de

morris. Este laberinto consta de un tanque de agua turbia, circular, en cuyo interior y

sumergida, se encuentra una plataforma donde los ratones pueden hacer pie. La plataforma

no es visible puesto que el agua no es translúcida, pero existen señales visuales alrededor del

tanque de agua que facilita la localización espacial de los animales en su interior. Se realiza la

medición del tiempo y la longitud del recorrido realizado por los ratones hasta que alcanzan la

plataforma. Este experimento parece demostrar que el papel del hipocampo es fundamental

en los procesos de aprendizaje espacial. En la siguiente gráfica se muestra el tiempo de

latencia en función del número de intentos realizados en el mismo laberinto y por el mismo

ratón (simulado).

Los mecanismos neuronales implicados en este aprendizaje también son conocidos. La

consolidación de la memoria es el proceso mediante el cual se produce la transformación de

memoria a corto plazo en memoria a largo plazo. La potenciación a largo plazo (LTP) es la

intensificación de las vías sinápticas con aumentos en la fuerza sináptica, la liberación de NT, e

incluso la formación de nuevos receptores y contactos sinápticos. Alrrededor del giro dentado

del hipocampo se encuentran las zonas CA1 y CA3. La vía CA1-CA3 del hipocampo, o vía

colateral de schalffer (funciona bidireccionalmente), implicada en la LTP en el hipocampo. Por

ejemplo CA3 libera como NT Glu, que es recibido por los receptores NMDA de CA1. Estos

receptores ionotrópicos para Glu presentan un sitio para Gly o D-Ser (coagonistas), y pueden

ser bloqueados por Mg2+. Además presenta repulsión electromagnética, por lo que no es

funcional durante despolarización. Permiten el paso de calcio y sodio, despolarizando la célula.

Los astrocitos secretan D-Ser por lo que están implicados en el aprendizaje. La entrada de

calcio como segundo mensajero puede actival la expresión génica vía cAMP-kinasas, dando

lugar a la síntesis de más receptores AMPA, que funcionana de manera análoga a NMDA. El

óxido nítrico (NO) es un gas que funciona como mensajero retrógrado. Es sintetizado por NO

sintasa también en presencia de calcio, e implementa el potencial sináptico facilitando la

liberación de más NT Glu durante la facilitación. Así, gracias a AMPA y NO se aumenta la

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8 10 12

Sin hipocampo

Control


34

intensidad y la duración de la respuesta. En el aprendizaje también están implicados los

cambios morfológicos como la aparición de más espinas dendríticas y nuevas sinapsis.

En la siguiente gráfica se observa la actividad neuronal en función del tiempo en

minutos. Un único tren de estímulos durante 1 segundo a 100Hz (alta frecuencia) produce LPT

temprana que perdura durante dos horas. Cuatro trenes de estímulos similares en intervalos

de diez minutos provocan sin embargo una LPT tardía de duración superior a 24 horas.

3.-Estrés, alostasis y depresión:

El sistema neuroinmunoendocrino encuentra una fuerte imlicación en los procesos de

estrás y depresión. Así por ejemplo ante una infección o un cáncer, el sistema inmune se ve

afectado, y como consecuencia se observa una mayor susceptibilidad al estrés. Del mismo

modo el sistema endocrino se encuentra fuertemente relacionado. Por ejemplo, el eje

hipotálamo-hipófisis-adrenal (CRH > ACTH > corteza adrenal) es estimulado durante las

situaciones de estrés agudo, de manera que se estimula la secreción de glucocorticoides

(cortisol o corticosterona). Existen en el SNC receptores tipo 1 para mineralocorticoides

(sistema septohipotamal) y tipo 2 para glucocorticoides. Estos últimos responden con baja

sensibilidad a las altas concentraciones de hormona, produciéndose así un sistema de feed-

back.

La alostasis es la respuesta adaptativa al estrés agudo, es decir, la homeostasis

fisiológica del cuerpo en respuesta al estrés agudo. Por ejemplo, se trata del circuito de feed-

back de los glucocorticoides. Si el estrés agudo se recupera, el cuerpo puede recuperar

también sus condiciones homeostáticas normales. Sin embargo, si el estrés agudo pasa a ser

estrés crónico, se produce una sobrecarga alostática, fallos en la regulación de la homeostasis,

y se entra en la fase de agotamiento. Esto implica al SNA y conlleva cambios conductuales. Así

un estrés excesivo aumenta la vulnerabilidad a infecciones y otras enfermedades (tumores),

debilitando al sistema inmune. Además produce agotamiento, y perdidas de sustancias básicas

para el cuerpo.

Se puede llevar una evaluación cognitiva del proceso del estrés, observándose una

respuesta adaptativa en el comportamiento, y una respuesta no adaptativa relacionada con la

aparición de disfunciones e infecciones secundarias, como úlceras, ansiedad, adicción a las

drogas, o depresión.

0 20 40 60 80 100 120 140

LTP temprana

LTP tardía


35

La base fisiológica de la depresión es el mantenimiento de los niveles de

glucocorticoides elevados en plasma. Esto puede estar relacionado con la carga alostática y el

agotamiento, y con la hipersecreción de CRF y cortisol por el eje H-H-A. La desregulación de el

eje H-H-A está relacionada con disfunción en los sistemas monoaminérgicos. CRF exógeno en

ratas causa ansiedad. Según la hipótesis neurotrófica de la depresión, el aumento en los

niveles de glucocorticoides durante el estrés crónico tiene efectos deletéreos sobre el

hipocampo y el SNC; este proceso también recibe el nombre de estrés oxidativo. La bajada en

los niveles de BDNF (factor neurotrófico derivado del cerebro) provoca la ralentización de la

neurogénesis y la aceleración de la neurodegeneración. Algunos antidepresivos inhiben la

liberación de NT facilitando el aumento en los niveles de BDNF.

La vulnerabilidad al estrés ha sido estudiada en el estrés prenatal en ratas. En estos

experimentos se somete a las ratas hembra embarazadas a condiciones prolongadas de estrés

crónico (en botellas con luz intensa). La alostasis facilita la transmisión del estrés al feto, ya

que aunque la barrera placentaria dificulta el paso de glucocorticoides, su permeabilidad

también aumenta con el estrés. Cuando las crías alcanzan la edad de dos años y son sometidas

al laberinto de morris muestran defectos en su resolución, lo que indica que se han producido

disfunciones en el desarrollo del eje H-H-A deletéreas para la capacidad de aprendizaje. Estas

ratas presentan además pocos receptores para corticoides en el área CA3 del hipocampo

(circuito de feed-back). Se ha descubierto que la expresión del gen C-Fos se activa en las

neuronas ante condiciones de estrés. Estas ratas sometidas a estrés prenatal presentan niveles

constantes altos de C-Fos, y además estos no aumentan ante condiciones de estrés.

4.- Adicción:

La adicción a las drogas está relacionada con muchos conceptos, como son los circuitos

de refuerzo/recompensa, la tolerancia y plasticidad neuronal, las dependencias físicas y

psicológicas o el síndrome de abstinencia. Al comienzo las drogas pueden causar euforia o

sensaciones agradables, y no conllevan problemas respiratorios o de salud. Se produce un

aumento progresivo de las dosis debido al desarrollo de tolerancia a las sustancias

psicotrópicas; este ciclo de aumento de dosis-tolerancia sin problemas de salud lleva a la

adicción y los problemas de salud.

La tolerancia a la droga suele estar relacionada con la disfunción de los receptores del

cerebro, por distintos motivos y en función de la escala de la dosis. La sensibilidad de los

tejidos a estas sustancias se hace cada vez menor.

El síndrome de abstinencia es la dependencia física o fisiológica de la sustancia activa

de la droga. Sus síntomas dependen de la droga, y suelen ser de naturaleza opuesta a los

efectos de la misma en niveles muy altos; cuando la tolerancia se ha desarrollado, los tejidos

no son sensibles a las concentraciones endógenas de los ligandos naturales.

La dependencia psicológica no está tan relacionada con la necesidad de obtener los

efectos positivos que la sustancia causa, sino en minimizar los efectos negativos causados por

su carencia. Los adictos presentan una conducta centrada en la búsqueda y obtención de la

droga.

La ruta mesolímbica de la recompensa está también muy implicada; no hay límite para

la saciedad. La actividad límbica, en concreto de la amígdala y el cingulado superior, se activan

en adictos cuando se les muestra la droga o se les habla de ella.


36

Es posible valorar las propiedades de refuerzo de la droga por estudios del

comportamiento. Puede llevarse a cabo el experimento de autoadministración; las ratas se

encuentran en cajas de skinner, donde la recompensa a pulsar la palanca no es comida sino

droga (inyectada en sangre). Las ratas pulsan la palanca hasta la muerte, con independencia de

los estímulos condicionados. También puede llevarse a cabo el experimento de respuesta de

preferencia de lugar condicionada, para la que se dispone de una jaula con dos

compartimentos exactamente iguales (para evitar la preferencia a priori de la rata). Los días

pares se aplica una inyección de suero salino (control) en un compartimento, y de morfina si la

rata está en el otro. Las ratas elijen el compartimento de la morfina.

La extinción también se puede valorar por el experimento de autoadministración. Si se

cesa de inyectar droga a las ratas estas terminan dejando de pulsar la palanca. Sin embargo

estos animales han desarrollado una sensibilización, y la eficacia de la adicción a la droga es

mayor, de forma que si después de la extinción se vuelve a aplicar el estímulo condicionado,

las ratas vuelven a pulsar la palanca más rápidamente que las ratas control (que nunca han

sido adictas).

5.- Sueño y Vigilia:

Los registros encefalográficos permiten diferenciar distintas fases o estadío del sueño,

gracias a las distintas amplitudes y frecuencias de onda. Así se diferencian cinco estadíos; 1

(ondas ), 2 (husos del sueño), 3, 4 (ondas lentas ) y REM (rapid eye movement). Las fases 3 y

4 pueden llegar a estar ausentes en los últimos ciclos de sueño. En el siguiente gráfico se

representa una aproximación del registro encefalográfico de una persona en función del

tiempo, a lo largo de una noche de sueño;

Este gráfico muestra las características generales del registro. Cabe destacar que

además las distintas ondas muestran diferente frecuencia y amplitud:

Estado Frecuencia de onda Amplitud de onda

Ojos abiertos Alta Baja

Estadio 1 Baja Alta

Estadio 2 Baja Alta/muy alta

Estadios 3 y 4 Muy Baja Muy baja

REM Alta Baja

Registro encefalográfico

REM

1 2

3

4

REM REM

2 1

REM


37

La fase REM dura alrededor de 10 minutos, y muestra un registro encefalográfico

similar al de la vigilia (ojos abiertos), por lo que también recibe el nombre de sueño

paradójico. Su duración es cada vez más corta a lo largo de la noche y de la ontogenia del

individuo. Durante esta fase aumentan las tasas cardiaca y respiratoria respecto a los

parámetros normales del sueño, y se producen movimientos oculares rápidos. Se puede de

esta manera realizar un electrooculograma. Se produce la ensoñación (sueños) y una actividad

del electroencefalograma muy desincronizada. Aumenta la actividad cerebral, particularmente

en el sistema límbico y giro cingulado, y también en la neocorteza de asociación visual, pero no

en la corteza prefrontal y dorsolateral. El sistema límbico está implicado en el recuerdo de las

sensaciones emocionalmente fuertes de la ensoñación. Se produce también atonía e inhibición

de los musculos esqueléticos no respiratorios, lo que evita los riesgos de interpretar nuestros

sueños estando dormidos.

Durante el sueño no REM hay una baja actividad cerebral y metabólica, una bajada de

la temperatura corporal, y un mantenimiento del tono muscular.

Algunas sustancias químicas y fármacos pueden tener efectos sobre el sueño. Por

ejemplo las benzodiacepinas facilitan la entrada en fase 4 más rápidamente, y su prolongación

en el tiempo. Las personas duermen más pero sus registros son diferentes a los normales. La

cafeína dificulta el sueño e impide la llegada a la fase 4.

Existen muchos trastornos o desórdenes del sueño, entre los cuales describiremos los

más frecuentes y significativos. El insomnio es la incapacidad para dormir suficiente tiempo y

suficientemente profundo; puede estar relacionado con el estrés, el jet lag, o sustancias como

anfetaminas, cafeína o benzadiacepinas, algunos de los cuales causan además adicción. El

síndrome de las piernas inquietas en un trastorno neurológico relacionado con sensaciones de

pinchazo o necesidad de mover las piernas constantemente, que impide a las personas

conciliar el sueño. La apnea del sueño se debe a la interrupción de la respiración durante el

sueño, y puede estar relacionado con la obesidad o la edad; se despiertan mucho a lo largo de

la noche, y no suelen llegar a la fase 4, ni REM. La narcolepsia funciona de manera contraria,

llevando a los individuos al estado de sueño, espontáneamente, durante su ciclo de vigilia. Es

incrementada por situaciones de estrés. Puede llevar a crisis del sueño (duermen todo el día) o

paralisis total o cataplejía. Modafinilo es un fármaco que estimula las neuronas

hipocretinérgicas manteniendo el estado de vigilia activo. También existen transtornos de

conducta durante el sueño REM (no sonambulismo); en estos casos los pacientes no tienen

atonía durante esta fase del sueño, por lo que representan sus ensoñaciones.

Los valores adaptativos del sueño REM parecen ser muy importantes para los

procesos de aprendizaje. El sueño REM existe en mamíferos y aves, y se presenta en las

distintas especies bajo diferentes patrones. Por ejemplo el caso del delfín es destacable; estos

cetáceos duermen con un hemisferio en cada instante, y se van turnando, manteniendo así al

mismo tiempo la vigilancia. La privación del sueño en humanos perjudica el funcionamiento

del cerebro, pudiendo causar distorsiones en la percepción, alucinaciones y dificultad para la

concentración y atención. El sueño es necesario para la supervivencia, y su privación puede

llevar a la muerte a los animales por fallos en la termorregulación, homeostasia, excesivo

índice metabólico y pérdida de peso. El sueño facilita la recuperación del cerebro después de la

actividad circadiana. Además el sueño REM tiene fuertes implicaciones en el aprendizaje y ell

desarrollo del cerebro; de hecho el sueño es más prolongado y profundo en reién nacidos, y


38

cada vez menos con la edad. Las personas con retraso mental presentan menor cantidad de

sueño REM, y los superdotados más que la media.

Los mecanismos neurofisiológicos implicados en los ciclos de sueño y vigilia implican

varias vías que liberan NTs distintos. La adenosina es una sustancia inductor del sueño. La

cafeína es un agonista de su receptor. Al aumentar el metabolismo de Glu en los astrocitos

estos secretan adenosina; al acumularse en el medio induce una bajada de la actividad. La

acetilcolina parece tener cierto control sobre el despertar, en particular a través de las rutas

colinérgicas del puente y prosencéfalo. La noradrenalina parece estar implicada en el control

del ciclo de sueño y vigilia a través de las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleous,

totalmente inactivas durante el sueño REM. La serotonina de las neuronas serotoninérgicas de

los núcleos de rafe también se encuentran inactivas durante la fase REM, pero presentan

actividad un segundo después del final del REM. La histamina controla el ciclo desde el núcleo

tuberomamular del hipotálamo (neuronas histaminérgicas). Los antiestamínicos pueden ser

sedantes si atraviesan la barrera hematoencefálica. El papel de la hipocretina es

especialmente destacable. Este NT es liberado por las neuronas hipocretinérgicas del

hipotálamo lateral. Su destrucción es responsable de la narcolepsia, y su activación está

relacionada con la activación y el mantenimiento del estado de vigilia. Envían proyecciones a

todo el encéfalo; neocorteza y tronco encefálico.

El control del sueño REM viene controlado por distintos núcleos del SNC. Al inicio de

esta fase se detectan ondas eléctricas PGO. A continuación se produce la desincronización del

electroencefalograma y el cese del tono muscular, y se inician los movimientos oculares

rápidos. El sistema descendente impide la atonía en el sistema respiratorio y los ojos. Las

neuronas colinérgicas de los núcleos pontinos se proyectan sobre la geniculada, y esta lo hace

a su vez sobre la neocorteza occipital visual, activándola. Las neuronas noradrenérgicas del

locus coeruleous y las neuronas serotoninérgicas del núcleo de rafe inhiben a su vez a las

neuronas pontinas; por lo tanto cuando se activan inhiben el sueño REM, y este solo comienza

cuando estas neuronas cesan su actividad. También existen neuronas GABAérgicas del tálamo

que estimulan la actividad delas neuronas pontinas, activando el sueño REM.

El ciclo circadiano de sueño/vigilia también está controlado por los parámetros

fisiológicos. Puede verse modificado por situaciones de estrés o depresión, y su ruptura puede

conllevar enfermedades. El ciclo ambiental externo más fiel al horario es el ciclo diario de luz

oscuridad. Al igual que las plantas con el fitocromo, ciertas sustancias pueden detectar las

variaciones cíclicas diarias de luz, adaptando el ciclo circadiano a este. El núcleo

supraquiasmático, sobre el quiasma óptico, recibe y procesa la información visual del nervio

óptico sobre la luz. El tracto retinohipotalámico conecta la retina con el núcleo

supraquiasmático hipotalámico. La melatonina es la neurohormona promotora del sueño, y

sus niveles están acoplados al ciclo diario de luz. Sus concentraciones se maximizan durante la

noche, y son mínimas durante las horas de luz. Es sintetizada en la glándula pineal a partir de

su precursor el triptófano. Los núcleos supraquiasmáticos, que reciben la información de las

células ganglionares de la retina, inervan a su vez al núcleo paraventricular del hipotálamo.

Este último núcleo informa a las neuronas preganglionares del SNAS, en regiones torácicas de

la médula espinal, que informan a su vez a las neuronas del ganglio cervical superior, el cual

inerva directamente a la glándula pineal. La alteración de estos ritmos puede llevar a

problemas de salud, aumento en los niveles nocturnos de hormona del crecimiento, o

aumento excesivo de la secreción de cortisol al despertar.


39

6.- El Lenguaje Humano:

La lateralización hemisférica es la repartición asimétrica y complementaria de las

funciones en los hemisferios de la corteza cerebral. Aunque el hemisferio dominante, el

izquierdo, se encarga del uso del lenguaje además de las matemáticas, la lógica y el

razonamiento, el hemisferio derecho está implicado en la percepción y el arte, y aporta el tinte

emocional al lenguaje.

Las áreas de neocorteza integran las funciones superiores y concientes del cerebro.

Las áreas de wernicke (área de asociación auditiva-visual)y de broca (cercana al área

premotora) son las dos áreas más importantes implicadas en el lenguaje. Existen sin embargo

otras áreas implicadas en los lóbulos parietal, temporal y occipital; las regiones de asociación

unimodal y de integración. Los grupos conceptuales de conceptos y palabras están

almacenados es regiones distintas de la neocorteza, ordenadas por categorías de significado.

Se ha demostrado que por ejemplo los nombres de personas activan un área concreta,

mientras los de animales activan otra, y los de herramientas una tercera

Las afasias son disfunciones en los procesos de lenguajes, debido a fallos en

determinadas áreas o fascículos de la neocorteza. La afasia de broca es una afasia motora que

dificulta la expresión de los pacientes. La afasia de wernicke es una afasia de recepción,

sensorial. Los afectados son capaces de hablar, pero lo que dicen carece de significado. La

afasia de conducción se debe a daños en el fascículo arqueado que proyecta el área de

wernicke en el área de broca. Los pacientes tienen capacidad de comprensión, pero son

incapaces de repetir las palabras oídas.

La prosodia es el ritmo, tono y énfasis en el habla; implica al hemisferio derecho. Está

relacionada con la comunicación de las emociones, aportando cambios de entonación y énfasis

que dan significado adicional y tinte emocional al habla. La aprosodia es el déficit de prosodia.

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