Non-pharmacological Intervention Fo Rmemory Decline

Francisco Alberto García Sánchez

Principios de Neurociencias 1

Principios de Neurociencias


Dpto. Métodos de Investigación y

Diagnóstico en Educación

Universidad de Murcia

[email protected]

Vamos a empezar repasando muy brevemente unos principios básicos de neurociencias. Con ello podremos unificar una terminología y conocimientos mínimos en que basarnos para avanzando en nuestro propósito de buscar en las Neurociencias la justificación de la intervención en AT y la fundamentación de estrategias concretas de actuación.

Los principios básicos de neurociencias que inicialmente queremos recordar hacen referencia a cómo son y cómo funcionan las células que componen nuestro Sistema Nervioso (SN). Por ello vamos a repasar muy brevemente tres cuestiones:

• Cómo son las neuronas.

• Cómo son las células gliales y cuales son sus funciones.

• Cómo son y cómo funcionan las sinapsis.



Componentes del SNCCEREBRO

CEREBELO

TRONCO DEL ENCÉFALO

Más de 10.000 millones de neuronas

Más de 100.000 millones de células gliales

Decenas de miles de contactos sinápticos por neurona

De 10.000 a 100.000 millones

de neuronas

Hasta 200.000

sinapsis por neurona

Siempre decimos que, en el SN, la célula fundamental es la neurona (célula nerviosa). Ella tiene la capacidad de generar impulsos nerviosos (potenciales de acción, que son corrientes bioeléctricas) y transmitirlos a otras células a través de unas zonas de “contacto” especializado que llamamos sinapsis.

Neuronas hay tanto en la corteza cerebral, como en el cerebelo, en el tronco del encéfalo o en núcleos que hay debajo de la corteza cerebral (diferentes núcleos subcorticales, como los ganglios basales, por ejemplo).

En el documento 6 encontraréis una descripción de las principales áreas y estructuras del SN central y sus funciones.

Pero las neuronas no están solas en el SN. También hay células gliales(células de neuroglía). Y en realidad en el SN hay hasta 10 veces más células gliales que neuronas. Solo sabiendo eso ya podemos esperar que la neuroglía tenga también un papel relevante en el funcionamiento del SN. Ella no se la encargada de generar, transportar y transmitir los impulsos nerviosos o potenciales de acción (que es la unidad de información que utiliza el SN): esas son tareas que hace la neurona. Pero ya podemos anticipar que la neuroglía contribuirá de forma clave a que la neurona pueda hacer su trabajo.

Vamos a intentar comprender como son las neuronas y las distintas células gliales y cómo hacen su trabajo transmitiendo información a través de las sinapsis.



SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL

(fina les del sig lo XIX)

Ley de la

Inm u t a b i l i d

a d

NEURONA

Unidad

TróficaUnidad

Morfológica

Unidad

Funcional

Unidad

Patologíca

NEURONA

(Waldeyer)

Las prolongaciones degeneran si se las separa

del cuerpo

Posee el monopolio del transporte del

impulso nervioso

No hay continuidad,

si contigüidad

La muerte de una neurona

no afecta a las adyacentes¿

?

Las neuronas son células individuales e independientes (unidad morfológica). Nunca llegan a establecer un contacto físico con las otras células con las que se comunica: sus prolongaciones llegan a acercarse mucho a otras células en las sinapsis, pero siempre queda un espacio (hendidura sináptica) de separación entre las dos células, de forma que la información de una célula a otra tiene que superar esa separación física con un elemento químico que es el neurotransmisor (se libera en la hendidura sináptica y estimula a la siguiente célula).

La neurona tiene prolongaciones (dendritas y axón, ahora veremos) que podría llegar a regenerar en las condiciones adecuadas si las perdiese por una lesión (unidad trófica). Y la neurona es la única que tiene la capacidad de integrar toda la información que le llega (estímulos) y decidir si genera y transmite (o no) un potencial de acción para pasar la información a otras neuronas (unidad funcional).

En cuanto a la muerte de la neurona, si es de una neurona aislada, no afectaría al resto (unidad patológica). Pero la muerte de un grupo neuronal si puede afectar gravemente a otros grupos neuronales con los que se relacione. Si un grupo de neuronas A manda información a otro grupo B y éste a C, la muerte de B puede afectar tanto a A (se queda sin neuronas a quien mandar su información), como a C (se queda sin las neuronas que le mandaban información y le daban trabajo). Por lo tanto, A y C tendrán que hacer un esfuerzo por recuperar su carga sinaptica eferente o aferente (respectivamente) o morirán (en el SNC no se permiten neuronas sin trabajo).



Neuronas: Diferencias con otras células

No tienen centriolo (por lo que no se

pueden dividir por mitosis � nacemos con prácticamente todas las neuronas que vamos a utilizar durante toda nuestra vida)

Tienen múltiples microfilamentos y neurofibrillas (que le dan consistencia a

sus prolongaciones)

Tienen prolongaciones:

Múltiples dendritas (que fundamentalmente captan información a través de sinapsisi que reciben de otras neuronas)

Un único axón (que puede ser más o menos largo), que termina en � distintas Telodendrias, cada una de ellas acabada en un

� Botón sináptico (que contiene el neurotransmisor para pasar la información a la siguiente célula en la sinapasiscorrespondiente)

En esta imagen vemos como

las dendritas de una neurona

reciben múltiples sinapsis

de otras neuronas.

Su axón, a su vez, conecta

con otras células a través

de los botones terminales

o botones sinápticos, en los

que terminan sus

telodendrias (ramificaciones

finales).



Tipos de Tipos de neuronasneuronas

HETEROGENEIDAD

Una de las características del SN es que, siendo siempre la neurona la célula fundamental y con esas características diferenciadoras que hemos apuntado, encontramos una enorme variedad de neuronas distribuidas en las distintas partes del SN. Esto le da una enorme heterogeneidad al SN como órgano: según donde miremos encontramos neuronas claramente distintas. Esto no ocurre en ningún otro órgano de nuestro cuerpo (todas las células hepáticas son iguales entre sí; y todas las cardíacas, y todas las renales…).

Las distintas neuronas no sólo son físicamente distintas en sus prolongaciones conformación morfológica, sino que incluso trabajan con diferentes neurotransmisores (sustancias químicas que se utilizan en los botones sinápticos para liberarlas en la hendidura sináptica y estimular a la siguiente neurona).



Principios de Neurociencias

Sus características principales son:• No transmiten impulsos nerviosos (eso solo lo hacen las neuronas)• Carecen de axón (que las neuronas si tienen)• Son capaces de reproducirse por mitosis (las neuronas no)• Y sus funciones tradicionales son:

o Realizan la limpieza del SN (la microglía)o Participan de la barrera hematoencefálica (la macroglía)o Se encargan de la nutrición de la neurona (la macrogía)o Realizan un sostén del SN o Aceleran la transmisión del impulso generando vainas de mielina

alrededor del axón al protegerlo (células de Schawnn en el SN periférico y células de oligodendrogía en el SN central)

A partir de los años 80 del siglo XX se les comienza a atribuir otras funciones aún más importantes:

• Monitorizar la actividad de las neuronas:o Detectar e interpretar la actividad neural

• Controlar el microambiente neuronal:o Composición iónicao Niveles de neurotransmisoro Suministro de factores de crecimiento



Tipos de Células Gliales

Macroglía o GlíaAstrocitaria

Glía ependimaria

Microglía

Oligodendroglía

Glía radial

Células de Schwann

Células satélite

Sistema Nervioso

Central (SNC)

Sistema Nervioso

Periférico (SNP)

No encontramos las mismas células gliales en el SN central (la parte que está protegida por el cráneo y la columna vertebral, es decir, encéfalo y médula espinal) y en el SN periférico (constituido por los nervios que salen de la médula espinal hacia los músculos y receptores sensoriales de todo el cuerpo).

Precisamente esas diferencias ocasionan diferencias también en el comportamiento del SN central y periférico ante las lesiones (en lo que luego estudiaremos como plasticidad postraumática). En concreto se generan importantes diferencias por la presencia o ausencia de macroglía (o gliaastrocitaria) y por la distinta forma que tienen la oligodendroglía (en el SNC) y la célula de Schwann (en el SNP) de general las vainas de mielina para proteger a los axones en su transmisión de los impulsos nerviosos.

Repasaremos ahora cómo son y cómo trabajan cada una de ellas.




Macroglía o Glía Astrocitaria

GlGlGlGlííííaaaa de transporte de transporte de transporte de transporte

GlGlGlGlííííaaaa de cicatrizacide cicatrizacide cicatrizacide cicatrizacióóóónnnn

ProtecciProtecciProtecciProteccióóóón de sinapsis centralesn de sinapsis centralesn de sinapsis centralesn de sinapsis centrales

MonitorizaciMonitorizaciMonitorizaciMonitorizacióóóón de la actividad neuronaln de la actividad neuronaln de la actividad neuronaln de la actividad neuronal

Tipos:Tipos:Tipos:Tipos:

Astrocitos fibrososAstrocitos fibrososAstrocitos fibrososAstrocitos fibrosos

Astrocitos protoplasmAstrocitos protoplasmAstrocitos protoplasmAstrocitos protoplasmááááticosticosticosticos

Son células grandes con forma de estrella por sus múltiples prolongaciones cortas.

Se encargan de contactar por un lado con capilares sanguíneos y por el otro con las neuronas. De esa forma hacen de puente de intercambio: cogen desechos de la neurona y los vierten en la sangre y cogen de la sangre oxígeno y nutrientes que pasan a la neurona.

Con este trabajo de transporte de sustancias protegen también a la neurona intentando que no lleguen a ellas toxinas que puedan estar en la sangre.

Además se dividen por mitosis y ocupan rápidamente los huecos que puedan dejar en el SNC células muertas y desaparecidas, formando cicatrices gliales.

También realizan una función de proteger las zonas de sinapsis (envolviendo los distintos elementos en ellas implicados que luego veremos y asegurándose la disponibilidad en la zona de todas las sustancias requeridas para su funcionamiento).




Macroglía

Glía ependimaria

Tapizar cavidadesTapizar cavidadesTapizar cavidadesTapizar cavidades

Microglía

Propiedades fagocitariasPropiedades fagocitariasPropiedades fagocitariasPropiedades fagocitarias

IntercomunicaciIntercomunicaciIntercomunicaciIntercomunicacióóóón entre sistema n entre sistema n entre sistema n entre sistema nervioso e inmunitarionervioso e inmunitarionervioso e inmunitarionervioso e inmunitario

La glia ependimaria se encarga de tapizar las distintas cavidades que quedan en el interior del SNC y que conforman el Sistema Ventricular que está relleno de Líquido cefalorraquídeo (esto se entenderá mejor al estudiar el desarrollo macroscópico del SN que es el siguiente contenido que veremos).

La microgía, que es una célula muy pequeña, puede comerse otras células (fagocitar) además de que puede desplazarse nadando a través del líquido que hay entre las distintas células. Estas dos funciones le permiten hacer la limpieza del tejido muerto en el SNC. Allí donde mueran células, enseguida llegarán células de microglía que comenzarán a devorar todo el tejido extraño (por ejemplo un posible derrame de sangre) y el tejido muerto (neuronas y gliadestruida). Con ello reducen la presión sobre la zona y facilitan la recuperación funcional. Esa función es vital para la recuperación después de la lesión: el problema es que a veces la microglía se para antes de terminar su trabajo y otras veces incluso devora células vivas, extralimitándose en lo que serían sus funciones ideales.



Tipos de células gliales

Oligodendroglía

Células de Schwann

Protección axonal

Generación de vainas de mielina

(en el SNC)

(en el SNP)

Y nos quedan los dos tipos de células gliales que se encargan de proteger (aislar) los axones para que se puedan transmitir los impulsos nerviosos (corrientes bioeléctricas) sin que hayan cortocircuitos.

Esa protección se puede hacer generando vaina de mielina (resultando axones mielinizados que transmitirán los impulsos nerviosos de forma más rápida y con menos coste energético, a través de una conducción saltatoria), o sin generar vaina de mielina (resultando axones amielínicos que transmiten la información de forma lenta, punto a punto, por ejemplo el dolor).

La diferencia esta en que una célula de Oligodendroglía (en el SNC) genera mielina envolviendo simultáneamente distintos axones con sus tentáculos; mientras que la célula de Schwann (en el SNP) se enrolla toda ella en una zona de un axón. Si el axón desaparece, la oligodendroglía retira la prolongación correspondiente y sigue protegiendo los otros axones no desaparecidos; la célula de Schwann, como no tiene otras tareas, permanece en su sitio manteniendo como una especie de tubo hueco por donde antes pasaba el axón. Esta diferencia es clave para entender luego el distinto comportamiento de la plasticidad neuralpostraumática en el SNC y SNP.



Protección con mielina

Protección sin mielina

Oligodendroglia protegiendo dos axones en el SNC

Neurona multipolar del SNP con su axón protegido por distintas células de Schwann que se enrollan sobre él para generar mielina. Quedan unos espacios que permiten el intercambio de iones y la conducción del impluso nervioso de uno a otro (a saltos)



Fibras nerviosasFibras nerviosas AxAxóón n + +

protecciproteccióónnSe reúnen en haces:

Tractos o vTractos o vTractos o vTractos o víííías as as as ----> SNC> SNC> SNC> SNCNervios Nervios Nervios Nervios ----> SNP> SNP> SNP> SNP

Hay algunos conceptos que con frecuencia se confunden o no se saben delimitar:

• Hablamos de fibra nerviosa para referirnos al axón con su protección (sea ésta mielínica o no mielínica)

• Las fibras nerviosas no van solas, sino que corren juntas reuniéndose en haces, tanto en el SN Central como en el SN Periférico. Y en cada uno de ellos reciben nombres distintos:

• En el SNC a los haces o conjuntos de fibras nerviosas que corren juntas se les denomina tractos o vías nerviosas

• En el SNP a los mismos conjuntos de fibras nerviosas que corren juntas se les denomina nervios.

En el dibujo de arriba, vemos fibras nerviosas milinizadas y no mielinizadas que corren juntas en un nervio del SNP. Lo sabemos por que la protección de los axones la realizan las células de Schwann y no la oligodendroglía (que haría esa función en el SNC).



GlGlííaa radialradial

Y el último tipo de célula glial de la que vamos a hablar es de la glía radial. Una célula glial especialmente importante en el desarrollo inicial del SNC ya que (como veremos en el apartado de contenidos que vamos a dedicar al desarrollo microscópico del SN) cuando empiezan a nacer neuronas para formar el SN, esta glía se dispone como puntos de enlace entre la zona interna (donde nacen las neuronas) y la zona marginal (que es a la que tienen que llegar las neuronas recién nacidas para madurar y aprender a hacer su trabajo). Como ya veremos, se trata de un tubo en formación y por ello estas células gliales parecen radios dentro de ese tubo, por los cuales trepan las neuronas inmaduras hasta sus ubicaciones definitivas en su proceso de migración neuronal (ya lo estudiaremos más adelante).



Estructura Estructura Estructura Estructura

de las de las de las de las

sinapsis sinapsis sinapsis sinapsis

ququququíííímicasmicasmicasmicas

Como la transmisión es unidireccional podemos dar distintos nombres a los elementos implicados en la sinapsis



Elemento presináptico

Ensanchamiento del terminal del axón -> Botón o terminal sinápticoEn su citoplasma encontramos:

Mitocondrias (su presencia significa que se producen procesos que requieren energía)

Vesículas sinápticas (con neurotransmisor)

Enzimas implicadas en el metabolismo del neurotransmisorCisternas (fabricas de reciclado del neurotransmisor)

Neurotúbulos y Neurofilamentos (que dan consistencia y favorecen la llegada de sustancias y materiales desde el cuerpo de la neurona)

Canales de Ca++ (por los que el Calcio entrará para precipitar la salida del neurotransmisor)

Zona activa o zona de liberación (por donde sale el neurotransmisor al funisionarse la vesícula sinpática con la membrana presináptica)

En la imagen de abajo se distingue el elemento presináptico del postsináptico por la identificación de las vesículas sinápticas redondeadas (en la parte superior de la imagen). Incluso se ve como algunas de esas vesículas se están fusionando con la membrana presináptica para verter el neurotransmisor de su interior a la hendidura sináptica. Ese neurotransmisor se difunde y estimula la membrana postsináptica que está especializada en su captación.



Elemento postsináptico

Membrana y citoplasma de la célula receptora

Densidad postsináptica (estructura muy especializada):

Distintos tipos de proteínas: bombas (para el intercambio

de iones en contra de su tendencia de movimiento natural), canales (que pueden abrirse o cerrarse para facilitar el paso de inones), sitiorreceptores (para captar el neurotransmisor y desencadenar

la apertura de los canales iónicos), enzimas (para degradar el neurotrasmisor y controlar el tiempo de duración de su efecto

estimulante en la neurona).

Implicada en la síntesis de factores de crecimiento.

Gran cantidad de ribosomas en citoplasma (síntesis proteínas implicadas en la transmisión sináptica)

En la imagen de abajo vemos como la densidad postsináptica puede ser sumamente especializada y compleja, con recovecos y rincones de distinto tamaño y forma.



S I N A P S I SS I N A P S I SS I N A P S I SS I N A P S I SS I N A P S I SS I N A P S I SS I N A P S I SS I N A P S I S

Como hemos visto la sinapsis es una zona de “contacto” muy especializada. Tiene también una importantísima función de válvula, ya que asegura la unidireccionalidaden la transmisión de los impulsos nerviosos (siempre van del terminal presináptico, que es donde está el neurotransmisor, al elemento postsináptico; nunca al revés). Esto pone orden en el SN y permite su funcionamiento.

Además de todo ello, la sinapsis es clave en la evolución del SN. En niño nace con prácticamente todas las neuronas que utilizará como adulto, pero éstas tienen que establecer los contactos necesarios, que sean funcionales, y tendrá que ir comprobando su eficacia a través de la experiencia (lo veremos al hablar del desarrollo microscópico del SN). Son cambios en las sinapsis los que aseguran los procesos de aprendizaje y memorización.

También hay que decir que la sinapsis es el eslabón más débil de todo el funcionamiento del SN. El neurotransmisor implicado en cada sinapsis está disponible en un momento dado en una cantidad limitada: si se acaba, la neurona deja de transmitir hasta que se recupera. Además, prácticamente todas las drogas que actúan sobre el SN (lícitas e ilícitas) lo hacen a nivel de las sinapsis, de múltiples formas:

Evitando que el impulso llegue al botón sinápticoBloqueando el mecanismo de liberación del neurotransmisorInhibiendo la producción o almacenamiento de neurotransmisorDegradando rápidamente el neurotransmisorCompitiendo con el neurotransmisor en los sitiorreceptores específicos

De hecho, muchos problemas neuro-psiquiátricos tienen su origen en alteraciones en los niveles de neurotransmisores en distintas zonas del SN.



Etapas en la transmisión

de la informaciónGeneraciGeneraciGeneraciGeneracióóóón del potencial de accin del potencial de accin del potencial de accin del potencial de accióóóónnnnTransmisiTransmisiTransmisiTransmisióóóón por el axn por el axn por el axn por el axóóóónnnnExcitaciExcitaciExcitaciExcitacióóóón del terminal sinn del terminal sinn del terminal sinn del terminal sináááápticopticopticopticoLiberaciLiberaciLiberaciLiberacióóóón del neurotransmisorn del neurotransmisorn del neurotransmisorn del neurotransmisorCaptaciCaptaciCaptaciCaptacióóóón del neurotransmisor por n del neurotransmisor por n del neurotransmisor por n del neurotransmisor por elemento elemento elemento elemento postsinpostsinpostsinpostsináááápticopticopticopticoRespuesta Respuesta Respuesta Respuesta excitatoriaexcitatoriaexcitatoriaexcitatoria o inhibitoriao inhibitoriao inhibitoriao inhibitoriaAnulaciAnulaciAnulaciAnulacióóóón del efecto del n del efecto del n del efecto del n del efecto del neurotransmisor y recuperacineurotransmisor y recuperacineurotransmisor y recuperacineurotransmisor y recuperacióóóónnnn

Para terminar, podemos hacer una reflexión sobre las distintas etapas que se suceden, a nivel neuronal, desde que se genera un nuevo potencial de axón o impulso nervioso hasta que éste termina.

La generación del potencial de acción siempre tiene lugar en el mismo punto de la neurona: su cono axónico (el ensanchamiento donde nace el axón). Y esto es así dado que esa zona tiene un umbral de excitación más bajo para disparar el potencial de acción. Y es que cada neurona tiene que ir procesando e integrando las múltiples estimulaciones que recibe (muchas veces simultáneamente), hasta que, si se alcanza ese umbral de excitación, se dispare el nuevo potencial de acción y la información pase a la siguiente neurona.



IntegraciIntegraciIntegraciIntegraciIntegraciIntegraciIntegraciIntegracióóóóóóóón neuraln neuraln neuraln neuraln neuraln neuraln neuraln neural

Número de sinapsis activadasTipo de sinapsis (inhibidoras o excitadoras)Frecuencia de impulsos en las sinapsisPosición de las sinapsis (no sólo es una suma algebraica de estimulaciones o inhibiciones)

La generaciLa generaciLa generaciLa generacióóóón o no de un nuevo potencial n o no de un nuevo potencial n o no de un nuevo potencial n o no de un nuevo potencial de accide accide accide accióóóón en el cono n en el cono n en el cono n en el cono axaxaxaxóóóóniconiconiconico de una de una de una de una neurona va a depender de:neurona va a depender de:neurona va a depender de:neurona va a depender de:

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