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RETROSPECTIVA

Hace unos cien aos que Santiago Ramn y Cajal (1852-1934) public Algo sobre la significacin fisiolgica de la neuro-gla (1897) y Contribucin al conocimiento de

la neurogla del cerebro humano (1913), dos tra-

bajos centrados en el estudio de las clulas de la

gla. Como muchas de sus investigaciones, estas

resultaron pioneras en el conocimiento del cere-

bro y su funcin en el organismo.

Transcurrido un siglo, la comunidad cientfica

sigue citando las aportaciones de Cajal con asidui-

dad; las novedosas y avanzadas tcnicas no hacen

sino confirmar numerosas de las propuestas que

desarroll en torno a la neurogla. Invitamos al lec-

tor a dar un paseo, de la mano de los descubrimien-

tos de Cajal, por los conocimientos de ayer y de hoy

acerca del significado funcional de la neurogla.

Teora del aislamiento

En 1899, Cajal ya se plante en uno de sus trabajos

la siguiente cuestin: Qu significacin funcional

debemos otorgar a la neurogla? Desgraciadamente,

en el estado actual de la ciencia no es posible con-

testar a la importante pregunta ms que mediante

conjeturas ms o menos racionales. En presencia

de este problema, el fisilogo se halla, por falta de

mtodos, totalmente desarmado. Estas palabras

reflejan el estado incipiente de las investigaciones

de la neurogla en aquella poca, circunstancia que

no impidi a Cajal proponer ideas e hiptesis que,

aunque prematuras, fueron acertadas.

A finales del siglo xix, una de las ideas imperan-

tes sobre la funcin glial se centraba en la teora de

relleno. Segn esta, las clulas gliales serviran para

dar consistencia al sistema nervioso rellenando los

lugares no ocupados por las neuronas. Cajal discre-

paba, ya en 1895, de esa simple nocin que relegaba

a la neurogla a una funcin insignificante: Qu

van a sostener corpsculos pequesimos, aisla-

dos, flexibles, delicadsimos, mucho ms delicados

y pequeos que las clulas nerviosas mismas?.

Frente a ello propuso la teora del aislamiento, es

decir, los astrocitos podran servir como elementos

aisladores de las distintas neuronas.

Aunque esa hiptesis no se ha visto confirmada

por investigaciones posteriores, hay que tener en

EN SNTESIS

Hiptesis confirmadas

1La idea clsica de que las clulas gliales en general y los astrocitos en particu

lar son meros elementos de

soporte trfico est siendo

desterrada.

2Las tcnicas experimentales actuales revelan la intervencin activa de

los astrocitos en el proce

samiento, la transferencia

y el almacenamiento de in

formacin en el cerebro.

3Estos hallazgos corroboran muchas de las ideas que Santiago Ramn y Cajal

expuso hace un siglo sobre

la fisiologa de la neurogla.

El ayer y hoy de los astrocitosSantiago Ramn y Cajal desarroll pioneras contribuciones

en el estudio de la neurogla. Las investigaciones actuales

confirman sus hiptesis ahora centenarias

ALFONSO AR AQUE Y M ARTA NAVARRETE

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cuenta que el propio Cajal seal ese mismo ao:

No estimamos las hiptesis que acabamos de

exponer como teoras exentas de reproche. Pero

no por esto las hiptesis racionales, que tienen su

punto de partida en algunos hechos conocidos,

dejan de ser legtimas y hasta fecundas. Una hi-

ptesis cientfica representa una direccin nueva,

un camino que se traza a la observacin y a la ex-

perimentacin, el cual, si no conduce inmediata-

mente a la verdad, suscita siempre investigaciones

y crticas que nos aproximan a ella.

En efecto, aun cuando su conjetura sobre el

mecanismo de la funcin de los astrocitos se ha

demostrado inexacta, su idea original sobre la par-

ticipacin activa de las clulas gliales en el funcio-

namiento del sistema nervioso se confirma cada

vez ms, a tenor de las investigaciones actuales.

Nuevas tcnicas neurocientficas

En torno a la dcada de los ochenta del siglo xx

se produjo una revolucin en la biologa celular y

las neurociencias fundamentada, sobre todo, en el

desarrollo de nuevas y avanzadas herramientas,

entre ellas, pinzamiento de membrana (patch-

clamp, que permite el registro elctrico de clu-

las individuales), imagen de fluorescencia (facilita

la visualizacin de los niveles intracelulares de

calcio mediante sondas fluorescentes sensibles a

ese ion) o microscopa (tanto su versin confocal

como multifotn permiten la observacin celular

y subcelular en muestras de tejido cerebral o ani-

males in vivo). Gracias a estas tcnicas, el fisilo-

go posee poderossimas armas para investigar la

funcin de los astrocitos o astrogla.

Hasta ese momento, los astrocitos fueron con-

siderados unas meras clulas de soporte trfico

y estructural de las neuronas. La teora nutritiva,

propuesta originalmente por Camillo Emilio Gol-

gi (1843-1926), quien recibiera el premio Nobel de

Medicina en 1906 junto con Cajal, ha resistido el

paso del tiempo: hoy se sabe que los astrocitos

cumplen una funcin destacada en el soporte

trfico neuronal, ya que proveen a las neuronas

de las sustancias metablicas y los elementos nu-

tritivos necesarios para su adecuado desarrollo y

funcionamiento.

CLULA NEURGLICA Dibujo original de Santiago

Ramn y Cajal que muestra

una gruesa clula neurglica

de la capa de las pirmides

del asta de Ammn de un

hombre adulto. A seala las

grandes vacuolas del soma;

a y b, los huecos de las ex

pansiones destinados a los

gliosomas.IMA

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RETROSPECTIVA

No obstante, en aquel entonces se entenda que

la funcin de la astrogla no iba ms all de ese

papel pasivo, por lo que no intervena de forma

directa en el funcionamiento del cerebro como

rgano encargado de recibir y procesar informa-

cin. Posiblemente, esta idea se apoyaba en la base

elctrica de la actividad cerebral (las neuronas

utilizan seales elctricas para transmitir la in-

formacin); por el contrario, los astrocitos no son

elctricamente excitables. Otra diferencia entre

ambos tipos de clulas reside en que las neuro-

nas se hallan en contacto directo con el mundo

exterior (reciben informacin de l a travs de

los rganos de los sentidos o de otras clulas ner-

viosas) y actan sobre el entorno a travs de su

accin en glndulas y msculos. En cambio, los

astrocitos se encuentran confinados al sistema

nervioso central, sin comunicacin directa con

el exterior.

Las herramientas experimentales actuales han

permitido averiguar que, lejos de tratarse de c-

lulas pasivas, los astrocitos poseen una forma de

excitabilidad basada en variaciones de los nive-

les de calcio intracelular, fenmeno que sirve de

mecanismo de sealizacin celular, con impor-

tantes consecuencias en la fisiologa del sistema

nervioso.

Conexin a tres bandas

Las variaciones de los niveles de calcio de los

astrocitos ocurren de manera espontnea, pero

tambin pueden ser desencadenadas por la activi-

dad neuronal. Las clulas nerviosas se comunican

entre s en regiones de contacto especializadas

(sinapsis). La transmisin sinptica constituye la

forma fundamental de comunicacin neuronal,

donde las neuronas presinpticas liberan mensa-

jeros qumicos (neurotransmisores) que activan

receptores en la membrana de las postsinpticas,

modo en que se transmiten informacin entre

ellas. Los astrocitos, por su parte, tambin pre-

sentan en su membrana receptores de esos neu-

rotransmisores. Estos, al ser activados durante la

transmisin sinptica, estimulan la seal de calcio

astrocitario. Es decir, los astrocitos responden a

la actividad neuronal, con lo que establecen una

comunicacin con las neuronas. Pero cules son

las consecuencias de esa seal de calcio?

La neurogla de la substancia gris vendra a

constituir una vasta glndula endocrina intercala-

da entre las neuronas y plexos nerviosos, destina-

da quizs a elaborar hormonas asociadas a la acti-

vidad cerebral..., seal Cajal en 1913. De nuevo,

el uso de las avanzadas herramientas de biologa

celular ha venido a confirmar esta idea original

y centenaria expresada por el pionero cientfico.

Hoy sabemos que los astrocitos no solo responden

a neurotransmisores, sino que, adems, la seal de

calcio que estos ltimos provocan estimula la libe-

racin de gliotransmisores (mensajeros qumicos

de la astrogla), tales como glutamato, ATP, TNFa,

D-serina o adenosina, de idntica naturaleza que

los liberados por las neuro nas. Los gliotransmi-

sores pueden activar a su vez receptores en la

membrana de las neuronas, lo que da lugar a la

comunicacin entre los astrocitos y las neuronas.

Ratn silvestre Ratn transgnico

Ratn silvestre

Pote

nci

al d

e ac

cin

Tiempo Tiempo

AstrocitosAntes del preestmulo

Hipocampo

Despus del postestmulo Antes del preestmulo Despus del postestmulo

0 20 40 60 0 20 40 60Tiempo Tiempo

0 20 40 60 0 20 40 60

Corrientes sinpticas

Niv

eles

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Ca2

+

Ratn transgnico80

40

0

40

80

80

40

0

40

80

20 m 40 m 20 m

Objetivodel microscopio

ASTROGLA IN VIVO Los aumentos de calcio (Ca2+)

astrocitario por estmulo

sensorial modulan la actividad

sinptica. En nuestro ensayo

in vivo estimulamos senso

rialmente la cola del animal

y observamos la respuesta

del hipocampo en un ratn

transgnico y en otro silvestre.

Confir mamos que el prime

ro (dere cha) no presentaba

incremen tos de calcio en los

astrocitos tras la estimulacin

sensorial; las corrientes sinp

ticas permanecieron igual

mente inalteradas. En cambio,

en el roedor silvestre (izquier-

da) s apreciamos aumentos

de calcio en astrocitos y un

incremento en la transmisin

sinptica, como refleja el

grfico.

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Diversos hallazgos recientes han demostrado

que la liberacin de gliotransmisores es capaz

de regular y modular la excitabilidad elctrica

neuronal, as como la transmisin sinptica en-

tre neuronas, lo que indica que los astrocitos se

hallan involucrados en la transferencia de infor-

macin intercelular que ocurre durante el funcio-

namiento cerebral. Ms an, la funcin de estas

clulas gliales en el funcionamiento cerebral se

est mostrando ms relevante de lo que se haba

imaginado hasta ahora.

Tambin en fecha reciente se ha comproba-

do que la seal de calcio de los astrocitos y la

consiguiente liberacin de gliotransmisores son

responsables directos de que ocurran determi-

nados fenmenos de plasticidad sinptica. Segn

nuestros hallazgos, durante una estimulacin

sensorial concreta, ciertas neuronas liberan el

neurotransmisor acetilcolina, que activa los as-

trocitos del hipocampo (regin cerebral implicada

en la memoria y el aprendizaje), provocando el

aumento de su calcio intracelular y la liberacin

del gliotransmisor glutamato. Las neuronas ad-

yacentes detectan este transmisor qumico, fen-

meno que permite que se incremente de manera

persistente la eficacia de la transmisin sinptica

entre ellas.

En 2012 observamos en ratones transgnicos

que no mostraban la seal de calcio en los as-

trocitos que los cambios sinpticos se hallaban

comprometidos; es decir, que el aumento de cal-

cio astrocitario resultaba fundamental para la

liberacin del transmisor glutamato y, por tanto,

para la generacin de plasticidad sinptica. As

demostramos por primera vez en animales en

vivo que los astrocitos actan como elementos

activos en los procesos de sealizacin celular del

sistema nervioso: junto con las neuronas son res-

ponsables del procesamiento y almacenamiento

de la informacin en el encfalo.

Fenmeno confirmado en humanos

La pregunta que surga a continuacin era si

los fenmenos hallados en modelos animales

ocurren, asimismo, en el cerebro humano. Con el

fin de averiguarlo, contamos con la colaboracin

del grupo dirigido por Rafael Garca de Sola, del

Hospital de la Princesa de Madrid, y con tejido

cerebral procedente de biopsias de pacientes con

epilepsia resistente a tratamientos farmacolgi-

cos. De igual manera que en los modelos anima-

les, los astrocitos humanos presentan excitabi-

lidad celular basada en las variaciones de calcio

intracelular, responden a los neurotransmisores

y liberan gliotransmisores que influyen a su vez

en la actividad neuronal. Estos resultados reve-

lan la existencia de comunicacin bidireccional

entre astrocitos y neuronas en el tejido cerebral

humano. Asimismo, sugieren que los astrocitos

son elementos celulares importantes en el fun-

cionamiento cerebral humano.

Estos descubrimientos han llevado a estable-

cer un nuevo concepto en la fisiologa sinptica:

la sinapsis tripartita. Segn esta, tres elementos

conforman la sinapsis a nivel funcional, a saber, la

terminal neuronal presinptica y la postsinptica,

ms el astrocito adyacente. Este concepto implica

asimismo que la astrogla interviene de forma

activa y directa en la transferencia y el almace-

namiento de la informacin. As pues, la actividad

cerebral resulta de la coordinada entre astrocitos

y neuronas.

En concordancia con Cajal

Retomando el hilo de la historia, nuestros descu-

brimientos concuerdan con las ideas originales

que expuso Ramn y Cajal en 1897. Aunque el re-

conocido cientfico espaol se bas en datos pura-

mente morfolgicos, los interpret con extrema

agudeza: Ciertos focos grises, ricos en plexos de

expansiones dendrticas y de arborizaciones ner-

viosas, contienen muchas fibrillas de neurogla y,

al revs, ciertos focos pobres en dichos apndices,

son asimismo escasos en corpsculos de Deiters

o neurglicos [astrocitos]. Cajal continuaba en su

acertado discurso: La neurogla abunda donde

las conexiones intercelulares son numerosas y

complicadas, y no por el hecho de existir contac-

EN BREVE

El encfalo humano y el del resto de los animales ver-tebrados est formado por dos grandes tipos celulares: las neuronas y la neurogla; esta a su vez se divide en subgrupos: oligodendro-citos, clulas de Schwann, microgla y astrogla. Este ltimo subtipo glial es el ms abundante en el siste-ma nervioso central.

Preestmulo Postestmulo

Niv

eles

de

Ca2

+N

ivel

es d

e C

a2+

60 m

10 m

EN LOS HUMANOS Los astrocitos del tejido cere

bral humano responden con

aumentos de calcio a la ac

tividad sinptica, de manera

que liberan gliotransmisores

que generan corrientes en las

la neuronas. Arriba se obser

van los aumentos de Ca2+

astrocitarios en el hipocampo

despus de la aplicacin local

de neurotransmisor. Abajo se

aprecia el aumento de Ca2+

de un solo astrocito por acti

vidad sinptica.

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RETROSPECTIVA

tos, sino con la mira de reglarlos y dirigirlos de

manera que cada expansin protoplsmica solo

se ponga en relacin ntima con un grupo especial

de ramificaciones nerviosas terminales.

En efecto, de acuerdo con el concepto de la si-

napsis tripartita, los astrocitos regulan y dirigen

las conexiones intercelulares, de manera que mo-

dulan la transmisin sinptica y se involucran de

forma activa en la plasticidad sinptica.

Adems de estar asociados con las sinapsis, los

astrocitos se hallan en ntimo contacto con los

capilares cerebrales a travs de unas prolonga-

ciones celulares denominadas aparato chupador

o pedculo perivascular. En 1895, Cajal indicaba:

El objeto de tales elementos es suscitar, por con-

traccin de los referidos apndices, dilataciones

locales de los vasos, y, por ende, congestiones fisio-

lgicas ligadas a la mayor o menor intensidad de

los procesos psquicos. Una vez ms, los estudios

recientes encaminados a dilucidar los mecanis-

mos celulares involucrados en el control del flujo

sanguneo en los capilares cerebrales corroboran

la relevante funcin de los astrocitos en la hipe-

remia funcional, es decir, en el aumento local de

flujo sanguneo que se produce durante la activi-

dad neuronal. Ese incremento permite un mayor

aporte de oxgeno y nutrientes en las regiones

cerebrales que se hallan activas y que, por tanto,

presentan mayores demandas energticas.

Se ha demostrado que el aumento selectivo de

los niveles de calcio en astrocitos que generan los

neurotransmisores liberados durante la actividad

sinptica estimula la liberacin de gliotransmi-

sores y substancias vasoactivas. Estas ltimas

regulan localmente la dilatacin de los capilares

cerebrales, tal y como haba propuesto Cajal.

La corteza cerebral humana discrepa de la

de los animales no solo por la cantidad enorme de

clulas de tipo glandular [astrocitos] que contiene,

sino por la pequeez de estas y la riqueza del plexo

gliomatoso intersticial, seal tambin respecto

a los astrocitos humanos. El grupo de Maikeen

Nedergaard, de la Universidad de Rochester en

Estados Unidos, ha descubierto mediante tcnicas

de alta resolucin (microscopa de fluorescencia y

de dos fotones) que el cerebro humano presenta

una astrogla, ms compleja, en cuanto a tamao

y expansin, que otros animales. Ms an, a lo

largo de la escala filogentica existe, junto al cre-

cimiento en el nmero de neuronas, un incremen-

to notable de la proporcin de clulas gliales en

el sistema nervioso. Pese a que todava se carece

de una cuantificacin rigurosa, la proporcin de

clula gliales respecto a la cantidad de neuronas

puede estimarse, en nmeros groseros, en menos

de uno en los nemtodos, uno en los roedores,

cuatro en los mamferos acuticos, alrededor de

diez en los primates, y en torno a diez veces ms

astrocitos que neuronas en los humanos. Es decir,

la mayor cantidad relativa de este subtipo de c-

lulas gliales aparece en nuestro cerebro.

Durante la evolucin, el volumen del encfalo

humano se expandi alrededor de un 300 por cien-

to con respecto a sus primates ancestrales, en tanto

Neuronapostsinptica

Neurotransmisores

Neuronapresinptica

Astrocito

Espaciosinptico

Incremento de Ca2+ Gliotrans-misores

Astrocito

Axn

Dendrita

Neurona

Neurona

SINAPSIS TRIPARTITA A la izquierda, dibujo original

de Santiago Ramn y Cajal

(1899): Neurogla de la capa de las pirmides y estrato

radiado del asta de Ammn.

Hombre adulto autopsiado

tres horas despus de la

muerte. Cloruro de oro. A la

derecha, esquema de la sinap

sis tripartita, donde, adems

del flujo de informacin entre

los elementos neuronales,

existe un flujo de informacin

bidireccional entre los ele

mentos neuronales y el astro

cito adyacente.

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que el nmero de neuronas tan solo aument un 25

por ciento. Ello lleva a pensar que la gran diferencia

entre ambos cerebros no solo se debe a un incre-

mento en el desarrollo del neuropilo neuronal, sino

tambin al aumento del nmero y la complejidad

de los astrocitos. Quiz parte de lo que nos hace

humanos resida precisamente en ellos.

El prejuicio de que las fibrillas neurglicas son

a las clulas nerviosas lo que los haces colgenos

del tejido conectivo a los corpsculos muscula-

res o glandulares, es decir, una trama pasiva de

mero relleno y de sostn (y cuando ms, una

ganga destinada a embeberse en jugos nutritivos),

constituye sin duda el principal obstculo que el

observador necesita remover para formarse un

concepto racional de la actividad de los corpscu-

los neurglicos (Cajal, 1899).

Armados ahora con tcnicas ms avanzadas y

mtodos novedosos, empezamos a desentraar

el relevante papel de los astrocitos en el funcio-

namiento del cerebro, un protagonismo ya sos-

pechado por Santiago Ramn y Cajal hace un

siglo.

Dilatacin de los capilares cerebrales

En 1913, Santiago Ramn y Cajal apuntaba: Todo astrocito de la substancia blanca o gris est provisto de un apa

rato chupador o pedculo perivascular. [...] El aparato chu

pador constituye no solo una disposicin constante de los

astrocitos de la substancia blanca, sino uno de los facto

res neurglicos ms importantes de los centros. Semejan

te generalidad, junto con el hecho de que en los animales

de pequea talla (conejos, cobayas, etctera) y en los que

estn en curso de evolucin (perros y gatos de pocos das),

el rgano chupador constituye la ms espesa, y a veces la

nica expansin perceptible y bien coloreable del astroci

to, denotan que el susodicho apndice debe desempear

un cometido fisiolgico de primer orden. El dibujo de Ca

jal (arriba) exhibe a unos astrocitos en contacto con un capilar. El esquema actual muestra, tal como

se ha comprobado aos despus, que la actividad sinptica estimula a los astrocitos, los cuales libe

ran substancias vasoactivas que, a su vez, regulan la microcirculacin cerebral.

Neuronapresinptica

Piechupador

Incrementode Ca2+

Neuronapostsinptica

Dila

taci

no

con

stri

cci

n

Neurotransmisores

Astrocito

Substanciasvasoactivas

Capilar

Para saber ms

Algunas conjeturas sobre el mecanismo anatmico de la ideacin, asociacin y atencin. S. Ramn y Cajal. Impren-ta y Librera de Nicols Moya, pgs. 3-14, 1895.Algo sobre la significacin fisiolgica de la neurogla. S. Ramn y Cajal en Revista Trimestral Microgrfica, vol. 1, pgs. 3-47, 1897.Textura del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados. S. Ramn y Cajal. Impren-ta y Librera de Nicols Moya, tomo I, pgs. 174-195, 1899.Contribucin al conocimiento de la neurogla del cerebro humano. S. Ramn y Cajal en Trabajos del Laboratorio de Investigaciones Biolgicas de la Universidad de Madrid, vol. XI, pgs. 255-315, 1913.El punto de partida de la obra neurohistolgica de Cajal. J. M. Lpez Piero en Mente y cerebro, n.o 1, octubre de 2002.Astrocytic complexity distinguishes the human brain. N. A. Oberheim, X. Wang, S. Goldman y M. Nedergaard en Trends in Neurosciences, vol. 29, pgs. 547-553, octubre de 2006.Astrocytes mediate in vivo cholinergicinduced synaptic plasticity. M. Navarrete, G. Perea, D. Fernndez de Sevilla, M. Gmez-Gonzalo, A. Nez, E. D. Martn y A. Araque en PLoS Biology, n.o 10, pg. e1001259, 2012.Astrocyte calcium signal and gliotransmission in human brain tissue. M. Navarrete, G. Perea, L. Maglio, J. Pastor, R. Garca de Sola y A. Araque en Cerebral Cortex, vol. 23, pgs. 1240-1246, mayo de 2012.

Alfonso Araque es profesor de investigacin en el Institu-to Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC). Marta Navarrete es doctora por la Universidad Autnoma de Madrid y miembro del grupo que dirige Araque.

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