martes, 28 de febrero de 2017

2 ANATOMÍA DE LA NEURONA

A diferencia del músculo o el hueso con el sistema nervioso si tenemos cierta diferencia semántica entre la neurona como célula, el nervio como tejido y el sistema nervioso como sistema. En la presente sección discutiremos la estructuira de la neurona aislada a nivel anatómico y a nivel fisiológico poniendo énfasis en los mecanismos que conllevan a la transmisión del impulso eléctrico o potencial de acción. 

También analizaremos los fundamentos moleculares que dan funcionamiento a la célula neuronal, los cuales se pueden distinguir en dos tipos: la transmisión de unos potenciales eléctricos a través de la membrana celular y la acción glandular paracrina sobre tejidos adyacentes. Cabe destacar que ninguno de estos dos procesos emplea estructuras absolutamente novedosas, todo gira a los fundamentos de cualquier célula, transporte a través de membranas y movimiento de vesículas, acción de proteínas mediante acoplamiento a ligandos específicos y cambios conformacionales.

Lo que sucede con todas estas piezas en la neurona es su enfoque, la neurona se encuentra altamente especializada para que todos estos elementos celulares estpén dispuestos para transmitir señales electroquímicas a grandes velocidades.

Finalmente cabe destacar que fenómenos como el transporte con vesículas, la exocitosis o los canales iónicos han sido estudiados con más profundidad en la neurona, y estos principios son los que se han generalizado para el estudio de otras células como para la instrucción nivel escolar.

En esta discusión emplearemos la neurona humana como la neurona tipo, aunque evidentemente esto es antropocentrista resulta más fácil hablar de las diferencias, si es que las hay, con respecto a la neurona humana cuando se discute en la filogenia. Las neuronas son el elemento primordial del sistema nervioso. La estructura y funciones de las neuronas permiten la transmisión rápida de estímulos de una célula a otra mediante una combinación de pulsos eléctricos y endocrinos. La neurona es una célula extremadamente especializada enfocada en dos funciones primordiales, la secreción endocrina de sustancias químicas y la transmisión de un impulso eléctrico a grandes distancias.

En el modelo podemos ver al cuerpo celular de la neurona o soma coloreado de morado y el axón en rojo. El cuerpo de la neurona se denomina soma o pericarión, allí se almacena el núcleo y la mayoría de los organelos de síntesis. Las proyecciones de la neurona que se dispersan como raíces o tentáculos son denominadas dendritas. La membrana del soma posee pocas proteínas generadoras del impulso eléctrico llamado potencial de acción, aunque son capaces de realizar impulsos más débiles y lentos llamados potenciales de membrana. En cualquier caso, una señal enviada al soma se hace más lenta.


Las neuronas se encuentran en una etapa de síntesis casi permanente, sus núcleos no muestran cromosomas ya que estos solo se manifiestan cuando la célula va a reproducirse. En su lugar se encuentra el nucleolo que es la fábrica de ribosomas, organelos empleados en la fabricación de proteínas.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

2.1 La dendrita, el axón, y la célula glial

Las dendritas se encuentran aisladas del medio externo median células gliales. Como consecuencia no podemos hablar de las neuronas como un tejido aislado y homogéneo, la unidad funcional neuronal  involucra de por si la conjunción de varios tipos de célula. Las células gliales de hecho son un grupo heterogéneo de distintos tipos de células con funciones altamente especializadas.

Al conjunto de dendrita más células gliales lo llamamos axón, este transmite la información a través del cuerpo de la célula a altas velocidades mediante señales eléctricas denominados potenciales de acción.  Los axones pueden llegar a ser muy largos y por lo tanto se especializan en la transmisión de señales a largas distancias en poco tiempo, lo cual contrasta con la función glandular que transmite señales a velocidades más limitadas.

Dos linajes de células gliales se asocia a los axones dependiendo del lugar donde se encuentra la dendrita, en el Sistema Nervioso Central (SNC) las dendritas están rodeadas por oligodendrocitos, mientras que los nervios que se ramifican hacia el cuerpo como los músculos y los demás órganos “Sistema Nervioso Periférico SNP” están rodeados por células gliales llamadas células de Schwann. En el modelo siguiente podemos ver las células gliales formadoras de mielina, (Arriba) célula de Schwann que envuelve la dendrita completamente; (abajo) el oligodendrocito, sus proyecciones envuelven varias dendritas de forma independiente.

Las células gliales proveen un apoyo estructural y bioquímico a las funciones neuronales. Algunos axones están envueltos en más de una capa de la membrana de la célula glial produciendo la denominada capa de mielina, la cual actúa como aislante al medio externo de la neurona.

A parte de las células gliales formadoras de mielina existen otras células de tipo glial encargadas de otras funciones de apoyo, entre estas cabe destacar a las microgliales y astrocitos involucrados en la función inmune. Se ha reportado que el VIH es capaz de infectarlas.

Las células gliales no se extienden indefinidamente como las dendritas, varias células gliales envuelven la neurona como los vagones de una locomotora, lo cual implica la presencia de articulaciones o puntos donde las células gliales no cubren a la dendrita llamados nódulos de Ranver. La combinación de la mielina y los nódulos permiten que los potenciales de acción puedan ser conducidos  mayor velocidad.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Li et al., 2015; Mason et al., 2014; Minagar et al., 2002; Moore, 2006; Ranki et al., 1995; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

2.2 La sinapsis neuronal

La región terminal de un axón almacena vacuolas cargadas con compuestos químicos de actividad glandular paracrino o endocrino, estas sustancias reciben el nombre específico de neurotransmisores. Originalmente se los clasificó de forma diferente a otros productos glandulares llamados hormonas pero en la actualidad se los percibe como un mismo tipo de sustancias debido a que sus mecanismos de liberación y de acción son bastante similares.

Cuando un potencial de acción llega a la punta de un axón las vacuolas almacenadas son estimuladas ara realizar el proceso de exocitosis, liberando sus neurotransmisores al medio intersticial de las neuronas. La membrana de las neuronas o del tejido afectado posee proteínas con sitios activos específicos para atrapar los neurotransmisores y realizar el proceso de cambio estructural de una proteína membranal.

Las sinapsis químicas se comunican por medio de moléculas solubles llamadas neurotransmisores. estas viajan por difusión simple en el medio acuoso entre la sinapsis efectora y la sinapsis receptora. Los neurotransmisores son un grupo heterogéneo de moléculas, cada tipo de señal emite un neurotransmisor diferente, de hecho mucho del estudio de la función holística del cerebro depende de conocer qué tipo de neurotransmisores media alguna sensación, esto es importante especialmente para el estudio de las adicciones.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

2.3 Organelos neuronales

Las neuronas poseen requerimientos metabólicos especiales. Los axones de algunas neuronas pueden extenderse hasta 1 metro de longitud y considerando los del soma o de una célula eucariota promedio, la extensión de los axones implica la existencia de una membrana celular muy larga, así como un contenido citoplasmático bastante grande en comparación con el minúsculo y alejado núcleo. El soma de la neurona agrupa las fábricas moleculares de la célula, el núcleo y especialmente los retículos endoplasmáticos y el aparato de Golgi, las dendritas carecen de dichos organelos. El núcleo de una neurona es grande, y una cantidad considerable de su material genético se encuentra en proceso de expresión de forma constante, lo anterior se debe a que un solo núcleo debe mantener funcionando a una dendrita muy larga. 

Basados en estudios de hibridación se ha estimado que cerca de un tercio del genoma de las células cerebrales se encuentra en su forma activa para la síntesis de proteínas, básicamente las neuronas sintetizan más ARN mensajeros que cualquier otra célula del cuerpo.  Debido a las altas tasas de transcripción, la cromatina del núcleo se encuentra dispersa, lo cual permite que las proteínas de transcripción se acoplen y generen los ARN mensajeros.

La mayoría de las proteínas formadas por los ribosomas libres permanecen en el cuerpo de la neurona, mientras que las proteínas sintetizadas en los ribosomas acoplados al retículo endoplasmático rugoso son exportadas hacia las dendritas por medio de vesículas. Las vesículas pueden ser enviadas directo a la dendrita o ser enviadas al aparato de Golgi, esto último es lo más común. El retículo endoplasmático rugoso en la neurona es bastante conspicuo, aun en micrografías bastante simple se lo puede apreciar rodeando al núcleo como si fuera una serie de capas muy densas.

Al igual que otras células, el aparato de Golgi se encarga de adicionar azúcares complejos a las proteínas para que estas puedan realizar sus funciones. Las proteínas activas son liberadas al citoplasma envueltas en partes de la endomembrana del aparto de Golgi, es decir en vesículas que viajan hacia la punta de las dendritas. Las dendritras no poseen ribosomas, retículos endoplasmáticos rugosos ni aparatos de Golgi, por lo que dependen exclusivamente de los paquetes o vesículas llenas de materiales enviadas desde el soma.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

2.4 El citoesqueleto de una neurona

La forma altamente especializada de la neurona y la habilidad de esta célula para transportar proteínas y otros componentes estructurales depende de la presencia de un citoesqueleto externo e interno. Especialmente el citoesqueleto interno sirve no solo para dar forma, también proporciona señales químicas de dirección para que las vesículas sintetizadas en el soma de la neurona puedan ser transportadas en la dirección correcta hacia las dendritas.

A parte de las funciones ordinarias del citoesqueleto, en la neurona este cumple la función de riel de transporte para las vesículas emitidas por el aparato de Gilgi, esto se logra mediante grúas moleculares con base en quinesina o dineina, las cuales funcionan de forma semejante a la miosina. El citoesqueleto neuronal está compuesto por tres tipos de filamentos:

2.4.1 Microfilamentos

Están compuestos por actina, una proteína estructuralmente semejante a la actina muscular, al igual que la actina muscular forma filamentos cortos con funciones estructurales formando coos dendríticos donde es necesario o apoyando la movilidad y el crecimiento de una dendrita en formación. Son filamentos dispersos en el citoplasma, empleados en donde son requeridos. 

2.4.2 Neurofilamento

Son la columna vertebral de una dendrita, proporcionan la mayor parte de la rigidez de la dendrita, adicionalmente desprendiéndose del cilindro principal el neurofilamento posee ramificaciones laterales que proveen la forma a la dendrita en su diámetro.

2.4.3 Los microtúbulos
Proveen el marco de referencia de señalización para el transporte de materiales entre la sinapsis y el soma de la neurona, no son fibras, sino proteínas que emplean las fibras del citoesqueleto para transportar material.


2.4.4 Quinesinas


Las grúas moleculares emplean dos cabezas que actúan como "pies", pero su movimiento requiere energía, por tal razón las dendritas si poseen una población bastante grande de mitocondrias, lo cual hace del tejido neuronal uno de los que requieren mayor energía para existir. 


Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

2.5 Mecanismos de transporte neuronales

Las proteínas, organelos y otros materiales celulares deben ser transportados a través de la neurona  para mantener la integridad estructural y las funciones celulares basales. Esto se complica por varios factores, la maquinaria de síntesis de proteínas se encuentra en el soma, mientras que las dendritas con centímetros de longitud solo reciben los materiales creados en el soma. Para compensar, la neurona posee mecanismos de transporte para la movilización en direcciones sinapsis-soma y viceversa soma-sinapsis. Los microtúbulos poseen proteínas asociadas encargadas de transportar las sustancias como la quinesina y la dineina.

La mecánica de una fábrica es una analogía conveniente para muchas de las estructuras que se mencionan aquí, rieles "actina", grúas "quinesina y sus familiares", bodegas "vesículas", sin embargo el enfoque de la anatomía humana es estático, para ver la evolución de estas moléculas hay que hacer un análisis distinto, uno de fisiología comparada, lo cual sería mucho más largo y tema de otros capítulos.

El transporte Soma-Sinápsis se denomina transporte anterógrado y posee dos tipos, rápido y lento. El transporte lento se emplea para transportar la mayoría de las sustancias pequeñas o suborganélicas como las proteínas estructurales, la actina, los neurofilamentos y los microtúbulos. Estos materiales se emplean para el mantenimiento y reconstrucción de las dendritas. El transporte rápido mueve sustancias doscientas veces más raído y se emplea para movilizar organelos, vesículas y glicoproteínas membranales empleadas en las sinapsis.

El transporte Sinapsis-Soma es extremadamente lento, cinco veces más lento que el transporte lento del soma a la sinapsis y mil veces más lento que el transporte rápido del soma a la sinapsis. El transporte retrogrado de la sinapsis al soma es importante, ya que retroalimenta los estímulos membranales al soma y recicla materiales como como membranas y partes de neurotransmisores degradados. Estas señales de retroalimentación activa al núcleo para sintetizar más sustancias y hacer crecer sus dendritas. Defectos en el transporte ultralento de la sinápsis al soma han sido vinculados a algunas enfermedades neurodegenerativas.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

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