1. A la luz de las neurociencias


La investigación de Ramón y Cajal mostró como el sistema nervioso estaba constituído por células separadas, bien definidas entre sí, cada una con independencia biológica de las demás, que se comunicaban en las sinapsis.
El primer tipo de tejido que contiene las agrupaciones de neuronas constituye la sustancia gris y el segundo tipo que contiene las fibras o prolongaciones filamentosas es la sustancia blanca, así llamados por su aspecto macroscópico.
En general, los neurotransmisores tienen una serie de propiedades comunes como bajo peso molecular, buena solubilidad en agua, y suelen ser aminoácidos o sustancias relacionadas.

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Neuronas, sinapsis y neurotransmisores

“El jardín de la neurobiología brinda al espectador espectáculos cautivadores y emociones artísticas incomparables. En el hallaron al fin mis instintos estéticos plena satisfacción (…) Como entomólogo a la caza de mariposas de vistosos matices, mi atención seguía en el vergel de la sustancia gris, células de formas delicadas y elegantes, las misteriosas mariposas del alma cuyo batir de alas, quien sabe si esclarecería algún día el secreto de la vida mental 

 
“Es una fascinación indescriptible ante la contemplación de la ingeniosa arquitectura del cerebelo y de la retina que me permiten vislumbrar la suprema belleza y la elegante variedad de la floresta nerviosa. Es un sentimiento estético que sacia en lo más íntimo de mi ser ansias desconocidas que yacían escondidas, inconfesables, en las honduras últimas de mi alma”. 
“Santiago Ramón y Cajal1 
El 1º de Mayo de 1852, nació en Petilla de Aragón, en Navarra-España, el histólogo ibérico Santiago Ramón y Cajal. Su padre Justo Ramón Casasús fué médico y este ejemplo sirvió para que con los años, Santiago continuara la tradición familiar.
Don Santiago Ramón y Cajal.
1852 – 1934
    Estudió medicina en Zaragoza y se licenció en junio de 1873. En 1876 obtuvo el título de doctor en Madrid, e inició su carrera en el magisterio médico. Su predilección temática fué el sistema nervioso, y su gran afición por los dibujos manuales, su gran erudición, la minuciosidad de sus ponencias, daban más vida a lo que él explicaba.
    Fué un autodidacta, uno de esos genios solitarios que estudiaba, observaba y creaba. De esta manera descubrió variadas técnicas de coloración, entre ellas con el nitrato de plata, que posteriormente fueron adoptadas por la comunidad médica internacional dando lugar así al denominado “método de Cajal“.
Textura del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados : 
estudios sobre el plan estructural y composición histológica de 
los centros nerviosos adicionados de consideraciones fisiológicas 
fundadas en los nuevos descubrimientos.
Imprenta y Librería de Nicolás Moya, 1904  Biblioteca Facultad de Medicina. UCM
Gracias a su interés en torno a la esencia del pensamiento humano y su talento, pudo transformar “el bosque impenetrable del sistema nervioso, en un parque regular y deleitoso“, donde el conocimiento de la textura del cerebro  le equivalía a conocer de alguna manera el “cauce material del pensamiento y de la voluntad. En su obra sobre “Textura del sistema nervioso central del hombre y de los vertebrados” publicada en 1899, expuso como el sistema nervioso estaba constituído por células separadas, bien definidas entre sí, cada una con independencia biológica de las demás, que se comunicaban en las sinapsis 2
El descubrimiento de la unidad morfológica y funcional recibió el espaldarazo de otro grande de la medicina de la medicina de la época, el doctor Wilhelm Waldeyer, cuando designó en 1891 a estos elementos con el término de neurona. Esta concepción es conocida como la teoría neuronal, que encajaba con la teoría celular fundada por Theodor Schwann, Rudolph Virchow y Mathias Schleiden también en Alemania, echó por tierra la concepción reticular en que el sistema nervioso era una red continua.
      El monumental trabajo de Cajal que lo llevó a ser el máximo exponente en una disciplina iniciada por Rudolph Virchow y C. Robin, se inspiró en la obra de otros precursores, y dentro de estos, descolló la influencia del italiano Camilo Golgi, profesor de histología y patología general en la universidad de Pavía.
     El método de Camilo Golgi, desarrollado hacia 1875 y posteriormente modificado por Ramón y Cajal, solo teñía unas pocas neuronas de una región, con la ventaja que las mostraba por entero. Por algún mecanismo desconocido, la tinción de Golgi solo tiñe entre el uno y cinco por ciento de las neuronas.
Camilo Golgi
Corteno Italia 1844 – Pavía Italia 1926
      La importancia de Cajal y Golgi es que lograron llevar el arte de la histología del sistema nervioso central hasta un punto tal que brindaron el objeto formal de estudio a la neurobiología, como lo es la neurona individual. El progresivo advenimiento de la concepción neuronal  fué el remate definitivo de la teoría celular, que sustentó el premio Nobel de Fisiología y Medicina que les fué concedido en 1906.
Los métodos de tinción estudiados y desarrollados por estos dos histólogos, fueron revolucionarios en una época en que las microfotografías del tejido cerebral dada la disposición de neuronas adyacentes con sus ramificaciones tendientes a ocupar la mayor parte del espacio y separadas por películas de líquido de apenas 0.002 micrómetros de espesor -según se conoce hoy en día- producían una imagen densamente enmarañada, lo cual no permitía que la neurobiología aún lograra definir el componente celular básico.
    Los trabajos precursores de Golgi y de Ramón y Cajal continuados por Pío del Río-Hortega, Rafael Lorente de Nó, Nissl, Alois Alzheimer -entre muchos otros-, aclararon que las células nerviosas eran entidades separadas y establecieron que cada célula nerviosa o neurona es el componente básico con el que está construído el cerebro.

      Considerada en forma individual, la neurona es una célula con un alto grado de especialización, que se demuestra en su tipo característico de configuración, en la membrana celular externa que es capaz de generar impulsos nerviosos, y en su estructura única para transmitir la información de una neurona a otra, la sinapsis 3.

      Cada una de nuestras células contiene docenas de organelos productores de energía, llamados mitocondrias, que se encargan de extraer la energía contenida en los alimentos que comemos y en el aire que respiramos. Pero el ADN contenido en las mitocondrias es diferente al de la célula: tal parece que hace millones de años las mitocondrias que eran organismos autónomos fueron evolucionando lentamente hacia el establecimiento de una relación de interdependencia con la célula.

Mitocondria 
Los organismos pluricelulares son la evidencia que este tipo de relación se perpetuó. A consecuencia de lo cual, no somos un organismo único, sino una aglomeración de alrededor de diez billones de seres, de diferente tipo. El cerebro y toda su complejidad en el entramado de sus conexiones no es sino uno de los grados en el espectro de complejidad en el gran conglomerado de unidades estructurales por las que estamos integrados.

Cuando un impulso eléctrico atraviesa la célula cerebral, se produce una transferencia de sustancias químicas a través de la hendidura sináptica.

      El número de células nerviosas o neuronas que constituyen los aproximadamente 1.350 gramos del cerebro humano es del orden de 1011 (cien mil millones) más o menos un factor de 10. Esta cifra se aproxima al número de estrellas que puede haber en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Toda esta población celular está rodeada, sostenida y alimentada por las células gliales (del griego glia: cola) y el total de las sinapsis en el sistema nervioso puede llegar a la fantasmagórica cifra de 1014 (cien billones).
 Células gliales o de soporte neuronal
Crédito de imagen:
En los estadíos tempranos del embarazo, las neuronas se desarrollan a una tasa de 250.000 cada minuto. De estas, casi la mitad morirá antes que el bebé nazca; se cree que esta poda elimina las conexiones neurales débiles y deja las neuronas más fuertes. Desde el punto de vista del neurodesarrollo, la producción de las dendritas aumenta rápidamente desde el nacimiento llegando a un nivel pico alrededor de los diez años. Durante estos años el cerebro de un niño tiene más conexiones que el de un adulto y consume casi el doble de energía 4.
      A pesar de tal cantidad de neuronas en el sistema nervioso central, solo dos o tres millones de neuronas corresponden a neuronas de tipo motor o motoneuronas. No existen dos neuronas iguales en cuanto a forma, pero se suelen agrupar en categorías y la mayoría de ellas comparten las características estructurales de poseer un cuerpo, también llamado pericarión o soma (del griego peris: alrededor y carion: centro, núcleo; soma: cuerpo), un conjunto de dendritas y un axón o cilindroeje.
    El cuerpo de la neurona es de tipo esférico o piramidal, contiene el núcleo y la maquinaria bioquímica para la síntesis de proteínas, neurotransmisores y otras moléculas esenciales para la supervivencia de la neurona. Las dendritas (del griego dendron: árbol) son delicadas expansiones que tienden a ramificarse repetidamente, haciendo que la neurona tome el aspecto de un árbol. Las dendritas amplian la superficie física de la neurona para la recepción de señales.
Por su parte, el axón (del griego axis: eje) o cilindroeje, es una extensión del cuerpo celular que permite que las señales originadas en la neurona puedan viajar a otras neuronas, ubicadas en otras partes del cerebro o en los órganos efectores. El axón difiere de las dendritas en que es más largo y delgado y presenta un modelo de ramificación distinto, ya que mientras las ramificaciones de las dendritas tienden a agruparse en torno al cuerpo de la neurona, los axones se ramifican en su extremo -ramificaciones denominadas telodendrón-, justo allí donde se comunica con otras neuronas; estas ramificaciones axonales terminales difieren bastante en cantidad, forma y patrón de dispersión.
Detalle en 3D de neurona
Crédito de imagen
    En la zona de la sinapsis el axón suele dilatarse para formar una estructura llamada botón terminal. El botón terminal contiene una serie de pequeñas esferas con moléculas de neurotransmisores, denominadas vesículas sinápticas. La llegada de un impulso eléctrico al botón terminal, descarga algunas de las vesículas sinápticas hacia el espacio o hendidura sináptica que separa al axón de una dendrita destinada a recibir el mensaje químico.
      De acuerdo al principio de la polarización dinámica propuesto por Cajal, en el sistema neuronal encargado de transmitir información al cerebro, las dendritas apuntan invariablemente hacia el mundo exterior y la información que éste genera, mientras que el axón envía las señales al cerebro. Estos hallazgos permitieron concluir a Cajal que la dirección de la actividad eléctrica entre dos células nerviosas va desde el axón de la primera célula a la dendrita de la segunda.
    Una vez llega el estímulo eléctrico y se ha convertido en estímulo químico, la activación de la neurona produce simultáneamente la activación de muchas, en el orden de cientos a miles de dendritas adyacentes.
    Algunas sinapsis son excitadoras en cuanto que tienden a perpetuar la situación de activación, mientras que otras son inhibidoras de señales y detienen la activación. Los dos tipos tienden a funcionar en forma análoga, pero las sinapsis transmiten, ya influencias estimuladoras, o inhibidoras. Generalmente una neurona recibe conexiones de cientos o miles de otras neuronas y a su vez, conecta con cientos o miles de otras neuronas, originando circuitos de gran complejidad.
    Todas estas células que suman tres o más veces el número de habitantes del planeta, funcionan en armonía para dirigir el mecanismo electroquímico de un sistema infinitamente complejo de información y control que define a cada ser humano en su particular conjunto.

Composición neuronal

En 1837 el profesor checo Jan Evangelista Purkinje en un congreso de naturalistas en Praga, expuso una descripción sobre las células nerviosas del cerebro y de la médula espinal. En su disertación, mostró dibujos donde las células se componían de núcleos y de prolongaciones, que implicaba que cada célula tenía un cuerpo lleno de protoplasma y que albergaba un cuerpo central en su interior. La descripción que hizo el profesor checo en las células de la corteza cerebelosa fué tan acertada que posteriomente se las denominó células de Purkinje.

Jan Evangelista Purkinje
1787-Libochovice, Bohemia
1869- Praga, República Checa
Hacia 1850-1860 los fisiólogos investigadores estaban de acuerdo en que cada célula nerviosa tenía una prolongación principal y que una serie de estas prolongaciones formaban los nervios. Sin embargo, el desacuerdo se hacía presente cuando los científicos intentaban describir la exacta relación física entre las células, lo cual dió origen a dos bandos: el de los reticularistas y el de los “anti-reticularistas”. El grupo de los reticularistas defendía una tesis expuesta originalmente por el histólogo alemán Joseph von Gerlach según la cual las neuronas estaban conectadas por una red independiente de fibras, que se extendía a manera de enrejado entre las prolongaciones de las fibras nerviosas y dicha red era la conductora de impulsos de una célula a otra. Por otra parte, el grupo de los antirreticularistas contaba con el apoyo de dos reconocidas personalidades, como lo eran Wilhelm Hiss y Auguste Forel, que afirmaban que las células no podían estar conectadas y que las prolongaciones de las células tenían los extremos libres en el sistema nervioso para lo cual contaron con los hallazgos de Ramón y Cajal en 1889, en los que se describía como cada una de las células nerviosas “es una unidad en sí misma con un axón que  se prolonga hasta la otra célula, pero sin prolongarse en ella (…) las prolongaciones alargadas están aisladas unas de otras, comunicándose entre sí únicamente a través del extremos de cada axón mediante el cual cada célula se relaciona con la siguiente” 5.

      Desde el punto de vista neurobiológico, la neurona, así denominada por el profesor alemán Wilhelm Waldeyer, y descrita por Cajal como “la aristócrata de las estructuras del organismo, prolongándose como los tentáculos de un pulpo hasta las provincias de la frontera del mundo exterior”, está dividida en un cuerpo celular o pericarión que tiene de cinco a 100 micrómetros de diámetro, de donde emana una fibra principal o axón y varias ramas fibrosas o dendritas. En términos generales, las dendritas y el cuerpo celular reciben señales de entrada; el cuerpo celular las integra y emite señales de salida y se encarga del mantenimiento general de la neurona. El axón se origina en una pequeña elevación cónica del cuerpo llamada “cono de arranque del axón“, o “segmento inicial“, cuyas funciones son el transporte de las señales de salida a los terminales axónicos que distribuyen la información hacia otras neuronas.

      Se pueden diferenciar varios componentes en el citoplasma de las neuronas, como las neurofibrillas, el neuroplasma, los cuerpos o la sustancia de Nissl, algunas mitocondrias, un aparato de Golgi y varios centrosomas. Las neurofibrillas son uno de los componentes más pequeños del citoplasma, son pequeñas fibras dispuestas como una red a los largo de todo el cuerpo neuronal. Parecen tener un papel en la estructura interna de sostén. El neuroplasma (que es el mismo citoplasma), es de consistencia semilíquida y se halla rodeando las neurofibrillas.
      La sustancia de Nissl es el elemento más destacado del citoplasma, se observa como partículas granulares que se agrupan como bloques: también se conoce como sustancia cromófila o cromidial o cuerpo tigroide. En las neuronas motoras los bloques de la sustancia de Nissl son de mayor tamaño; en las neuronas sensitivas toman el aspecto de un fino moteado.
    Dentro del citoplasma, la sustancia de Nissl está en los pequeños intersticios que delimitan las neurofibrillas. No está en las zonas adyacentes a la membrana celular ni al núcleo y se extiende dentro de las dendritas, pero no en el cono de arranque axonal ni en el axón. Se ha considerado que la función de la sustancia de Nissl es la síntesis continua de nuevo citoplasma que fluye a lo largo del axón, determinando así el “flujo axoplasmático“. En neuropatología, la desaparición parcial o total de la sustancia de Nissl se denomina “cromatólisis“, (glosario: CROMATOLISIS) y el desplazamiento del núcleo hacia un lado cuando hay daño del axón se conoce como “reacción axónica“.
      Los microtúbulos son cilindros huecos de tamaño muy reducido, del orden de los 225 nanómetros, cuyas funciones son de sostén intracelular y para el transporte de sustancias dentro de la célula.
Detalle de microtúbulos
Los pigmentos en general suelen ser lipocromo, el cual es un pigmento de desgaste de la membrana celular, así como melanina.
Hay algunos sistemas neuronales especiales como el locus niger, también conocido como la sustancia negra de Sœmmering, cuyo color oscuro es debido al acúmulo de algunos neurotransmisores.
    El aparato de Golgi y las mitocondrias también están presentes en las neuronas, donde sus funciones son semejantes a otras partes del cuerpo, por la síntesis de proteínas, la respiración y la producción de secreciones. El aparato de Golgi tiene una disposición de red, semejante a las neurofibrillas, pero de mayor grosor. Las mitocondrias están dispersas al azar entre las neurofibrillas y la sustancia de Nissl. Estos organelos en particular ayudan a que la neurona se comporte como una célula glandular que produce secreciones que son transportadas por el flujo axoplásmico desde el cuerpo de la neurona hasta los terminales neuronales, para ponerse en contacto con los tejidos diana que serán afectados.

      La membrana celular (de la cual se habla adelante con un poco más de detalle) también se conoce como “axolema” o “plasmalema”, separa el neuroplasma del medio exterior. En el examen con microscopía electrónica tiene la apariencia de un emparedado con dos bandas densas a cada uno de los lados de un centro claro. Los componentes moleculares básicos de la membrana son fosfolípidos, los cuales están a su vez compuestos de moléculas afines y no afines al agua.
Representación artística de neurona mostrando diferentes neuritas

      La función de la membrana celular es actuar como una barrera para la pérdida de sustancias útiles del neuroplasma y para evitar la difusión de materiales potencialmente tóxicos para la neurona; los neurotransmisores son sintetizados y luego almacenados como macromoléculas en los compartimientos intracelulares del retículo endoplásmico rugoso y del cuerpo de Golgi, de acuerdo a las instrucciones codificadas en el núcleo. Estas sustancias son desplazadas desde el cuerpo neronal al extremo axonal y viceversa, por las llamadas vías de “componente rápido” y de “componente lento”, que pueden llevar sustancias de crecimiento neuronal, o traer otras relacionadas con la actividad neurosecretoria 6. Este mecanismo permite ampliar la capacidad efectora de las respuestas del sistema nervioso.

      El reconocimento de las neuronas entre sí es la base para su organización. Estos mecanismos aún no completamente comprendidos implican reconocimiento molecular interneuronal y ayuda de la neuroglia. Por la naturaleza de las conexiones de las neuronas, se han establecido símiles entre el cerebro y la computadora. Aunque ambas máquinas procesan información y ambas trabajan con señales de tipo eléctrico, hay diferencias notables entre ambas debido a la cantidad de sinapsis del cerebro ya que el manejo de la información en el cerebro no se hace de forma secuencial lineal.
    El cerebro parece basarse en circuitos muy complejos cuyos componentes trabajan a velocidades bajas. No solo las neuronas son el principal tipo celular para la construcción del cerebro, también existen otras células como las vasculares, las de tejido conectivo, las células de Schwann responsables de la mielinización, y por último, la neuroglia, dividida en macroglía y microglía, que ofrece funciones de soporte y de metabolismo neuronal.
Theodor Schwann
Crédito de imagen
 Célula de Schwann
Crédito de imagen
caroke.net

Aspectos funcionales de las membranas neurales.

En 1906 el neurofisiólogo británico Charles Scott Sherrington -posteriormente premio Nobel de Medicina- planteó con base en la teoría neuronal de Cajal, la teoría funcional del sistema nervioso que afirma que “las prolongaciones fibrosas de las células nerviosas transmiten información y las conexiones entre los centros nerviosos son los centros de decisión en el proceso de transmisión de la información7.
    Las neuronas funcionan como productores de señales eléctricas y químicas y exhiben su singular comportamiento debido a que sus membranas externas tienen propiedades especiales. A lo largo del axón la membrana está especializada en la propagación de impulsos eléctricos, donde un mecanismo que facilita la transmisión del impulso eléctrico es el envolvimiento de segmentos del axón por una célula especializada, la célula de Schwann. La vaina de mielina se interrumpe a intervalos de 1 mm a lo largo del axón y estas zonas donde hay contacto con el medio exterior, constituyen los nódulos de Ranvier. En los axones envueltos, el impulso nervioso viaja con mayor rapidez, saltando de nódulo a nódulo conservando de este modo la energía metabólica de la neurona.
Modelo de bicapa  lipídica de membrana celular
según modelo de mosaico líquido de Nicolson y Singer

    La neurona por medio de sus propiedades de propagación del impulso eléctrico y de la transmisión sináptica ofrece respuestas a las señales que a ella ingresan de una forma analógica, en la medida que la frecuencia de los picos de salida varía continuamente con las señales que recibe como entrada. Adicionalmente, la membrana interviene para que se produzca el reconocimiento de unas células hacia otras durante el desarrollo embrionario, de forma que cada célula encuentre su lugar en la enorme población de las 1011 neuronas.

Desde el punto de vista estructural, la membrana es una capa bilipídica de aproximados 5 nanómetros de espesor, cuya distribución y configuración ultraestructural se hace de acuerdo al modelo de mosaico líquido de Nicolson y Singer, cuyas propiedades específicas dependen de las proteínas particulares asociadas.
Las proteínas de la membrana de todas las células se agrupan de acuerdo a cinco clases que se discriminan como 8:
  • proteínas estructurales
  • canales para iones o ionóforos
  • receptores
  • enzimas
  • bombas de energía
Configuración de una proteína
Crédito de imagen:
Las cinco clases de proteínas de la membrana no son funcionalmente excluyentes entre sí, en cuanto que algunas pueden desempeñar varias funciones al mismo tiempo.
Las proteínas estructurales ayudan a mantener la estructura subcelular e interconectan células. Por su parte, los canales para iones o ionóforos constituyen vías selectivas para el paso de iones específicos, como sodio, potasio, calcio, y las proteínas receptoras permiten la unión a muchas clases de moléculas, con gran afinidad y especificidad, mientras que las enzimas facilitan las reacciones químicas en la superficie. Por último, las bombas de energía facilitan la energía que supone el transporte de los iones.
Todas las proteínas de la membrana son claves para la comprensión de la función neuronal y cerebral. A semejanza de otras células, la neurona es capaz de mantener en su propio interior un líquido intracelular cuya composición difiere de la del líquido de su exterior, o extracelular. Esta diferencia viene dada por concentraciones variables de sodio y potasio.
    El líquido extracelular es unas diez veces más rico en sodio que el líquido intracelular, mientras que de modo inverso, el líquido intracelular es unas diez veces más rico en potasio.
Ambos electrólitos son filtrados a través de los canales iónicos de la membrana celular, y ambos vuelven a sus concentraciones normales debido a que existe una proteína especializada con capacidad de bombeo, que trabaja continuamente para intercambiar los iones sodio que han entrado a la célula por los iones potasio que están fuera de ella. Esta molécula proteica con función de bomba se conoce como la sodio-potasio adenosíntrifosfatasa (cuya sigla es NaK-ATPasa), aprovecha la energía contenida en los enlaces fosfato para intercambiar cada segundo 200 iones de sodio por 130 iones de potasio, aunque este ritmo se puede ajustar según las necesidades de la célula.
Complejo de receptor de ACh y canal iónico del pez
Torpedo californica 
Tomado con  modificaciones de
Adaptado por  Kandel et al., 2000 de Toyoshima and Unwin.

 

    Si se asume que la neurona posee un promedio aproximado de cien a doscientas bombas por micrómetro cuadrado de superficie de membrana, existen aproximadamente un millón de bombas por neurona: cada segundo en toda la superficie neuronal se intercambian 200 millones de iones de sodio por 130 millones de iones de potasio. Las concentraciones elevadas de sodio a nivel extracelular y bajas a nivel intracelular generan una diferencia de concentraciones conocida como gradiente. Son los gradientes de sodio y potasio que existen a través de la membrana los que permiten a la neurona la propagación del impulso nervioso. Las proteínas de la membrana que sirven como canales tienen entonces un rol de importancia en la transmisión sináptica.

    El flujo de iones sodio a lo largo de la membrana abre más canales o ionóforos, facilitando la entrada de otros iones. Los canales son permeables y selectivos para cada ión, denominándose de acuerdo al tipo de ión para el cual es mayor su permeabilidad. Existen también algunos canales químicos, dependientes de neurotransmisores, por ejemplo, canales de acetilcolina, canales de ácido gama-amino butírico o GABA.

Dentro de las proteínas de tipo enzimático, tiene gran importancia la denominada adenilatociclasa, que se encarga del metabolismo del adenosínmonofosfato cíclico. La función de esta enzima en la neurona es de tipo regulador. Cada célula cerebral contiene un vasto complejo electroquímico y un potente microprocesador de datos.

Las proteínas estructurales se producen y almacenan en el pericarión o cuerpo neuronal y se transportan por un sistema especial. El mantenimiento de las relaciones intercelulares y de la estructura conseguida, depende de las  proteínas estructurales, las cuales suelen estar asociadas a carbohidratos poco comunes. El estudio de estas proteínas asociadas a carbohidratos con función en el reconocimiento celular está en sus primeras fases. Una vez abiertos los canales de sodio se cierran pronto, secuencialmente se abren los canales o ionóforos que dejan salir los iones potasio, produciendo un flujo eléctrico de salida que deja el potencial intracelular nuevamente en -70 mV. Dicho potencial de reposo, origina un campo eléctrico con una magnitud aproximada de 100 kilovoltios por centímetro.

Existe un canal iónico dependiente de acetilcolina con un diámetro de 0.8 nanómetros y es de baja selectividad, ya que permite el paso de 85 iones de sodio por 100 iones de potasio, mientras que el de potasio solo permite el paso de siete iones de sodio por cada 100 iones de potasio. La razón por la cual no ocurren corriente iónicas todo el tiempo, es que existen compuertas que regulan la apertura y cierre de estos canales; algunas  son dependientes de voltaje, mientras que otras se regulan por un tipo químico de respuestas.

Estos últimos canales de activación de tipo químico se hallan en las membranas receptoras de la sinapsis y reciben los mensajes axónicos. De estos canales de tipo químico, existen los operados por acetilcolina y por ácido gama-aminobutírico (GABA), entre otros neurotransmisores. Se puede medir la corriente intracelular determinada por la apertura conjunta de los canales químicos y los iónicos. Los axones no poseen canales operados químicamente, mientras que a nivel de las membranas postsinápticas la densidad de estos depende del empaquetado de las moléculas del canal.
    Diagrama de receptor de GABA.
   Tomado con modificaciones de: http://edpharmacologystuff.blogspot.com/
 
     Los axones tienen aproximadamente 1000 canales dependientes de voltaje por micrómetro cuadrado, a diferencia de las membranas dendríticas que solo tienen unos pocos. Las proteínas intrínsecas de la membrana neuronal se sintetizan principalmente en el soma o cuerpo de la neurona y se almacenan en la membrana, almacenándose en pequeñas vesículas; no están distribuídas uniformemente sobre la superficie celular, ni tampoco están todas presentes en cantidades iguales en cada neurona. Las proteínas estructurales ya acumuladas en las vesículas son llevadas al sitio donde son necesarias por un sistema transportador especial, que las mueve a pequeños saltos por mediación de proteínas contráctiles. Una vez llegan a su destino, las proteínas se insertan en la superficie de la membrana y funcionan hasta que son extraídas y degradadas.

Cabe anotar que la densidad y el tipo de proteínas están regidos genéticamente por las necesidades de la célula y difieren de una neurona a otra, además su metabolismo no es conocido del todo; por ejemplo, la densidad de canales de un tipo particular puede ir desde cero hasta unos diez mil por micrómetro cuadrado. La forma en que se relacionan las diversas proteínas de membrana con la función eléctrica y química neuronal depende de una compleja interacción entre todos los tipos de proteínas.

Dado que el interior de la neurona es de mayor electronegatividad con respecto al exterior (-70 mV) a consecuencia de la bomba iónica y por la presencia de canales conductores de iones permanentemente abiertos y selectivamente permeables, se producen flujos iónicos entre el interior y el exterior de la célula.

En un registro de osciloscopio la carga súbitamente positiva que luego se negativiza y regresa al nivel de base, se conoce como el “potencial de acción“, que constituye la manifestación eléctrica del impulso nervioso. La actividad eléctrica implica la selectividad de los canales para permitir la generación de una corriente y su capacidad de mecanismo de compuerta.
    Curiosamente, y se desconoce porqué, el ión potasio con 30% de mayor tamaño frente al ión sodio, pasa con mayor facilidad a través de la membrana. En condiciones “de reposo” la permeabilidad de la membrana es baja al sodio, pero cuando se “activa”, se produce un gran flujo de sodio desde el exterior hasta el interior. Al abrirse los canales de sodio dependientes de voltaje, se produce salida de iones de potasio lo cual disminuye las cargas negativas al interior de la célula y genera un exceso de cargas positivas en la superficie externa, lo cual en últimas propaga el impulso eléctrico a lo largo de la membrana neuronal, que junto con la recuperación eléctrica, está en condiciones de ocurrir en el lapso de un milisegundo, lo cual equivale a que una neurona puede generar hasta mil impulsos por segundo.
Interacción entre neuronas (verde) y células de la glía (amarillo/naranja)
Fotografía por Khazaei  el 22 de Agosto/07
    A pesar que la manera de adoptar la decisión parece sencilla, no lo es, dado que cada neurona posee aproximadamente unas 200.000 puertas de entrada por los diferentes canales electroquímicos, significa que interviene un número semejante de opciones antes de que se produzca la salida final en el extremo terminal del axón, que de todas maneras aún no se conoce como logra el reconocimiento de objetos, es decir, no se conoce como los diferentes impulsos neuronales se transforman en el reconocimiento conciente de formas, lugares, rostros, entre otros 9.

Interrelación estructural de elementos neurales

Se ha planteado que existen dos principales divisiones estructurales en el sistema nervioso debido a que las tinciones para examinar su estructura revelan una serie de agrupaciones de neuronas incluídas en la trama del tejido, y una serie de prolongaciones filamentosas. El primer tipo de tejido que contiene las agrupaciones de neuronas constituye la sustancia gris y el segundo tipo que contiene las fibras o prolongaciones filamentosas es la sustancia blanca, así llamados por su aspecto macroscópico. El cerebro es un tejido de naturaleza complicada debido a la naturaleza intrincada de las conexiones de las células que lo integran. Los axones emanados de una población neural hacia otra, suelen ir acompañados de axones que retornan de la población destinataria. de tal modo que estas proyecciones descendentes o recurrentes permitan modular el proceso con lo cual el cerebro se vuelve un sistema dinámico cuya conducta al tiempo de ser compleja, ocurre independientemente de los estímulos periféricos.

En cuanto tejido compuesto de células, su comportamiento será conforme a las leyes que rigen a todas las demás células. Las señales eléctricas y químicas producto de la interacción entre las diferentes células pueden registrarse e interpretarse en el electroencefalograma, las sustancias químicas pueden identificarse y las conexiones entre las diferentes estructuras del cerebro pueden cartografiarse.

Entonces, la estructura del sistema nervioso depende y está basada en su organización cito y mieloarquitectónica. Al observar la disposición estructural de las células en el sistema nervioso, surge la inquietud acerca de la función detallada de las estructuras y las conexiones, cómo unas neuronas se conectan con otras, cómo se orientan con respecto a las neuronas vecinas, cómo llevan a cabo las conexiones con los órganos efectores y como surgen las habilidades mentales.
    Muchos interrogantes se han contestado y han sido base para otros de mayor complejidad. Cajal inició la línea de pensamiento de la teoría quemotáctica, en la que la dirección de crecimiento de las fibras nerviosas estaba determinada por influencias tróficas y por el efecto de atracción o rechazo que ejercían entre las neuronas los productos secretados por ellas mismas. La actual evidencia experimental indica la existencia de un código genético en la superficie de la membrana de las neuronas que permitiría guiar la forma de relación de las partes neuronales.
    El “reconocimiento” de las diferentes neuritas en la población neuronal (es decir, las dendritas y los axones) se produce por interacción de moléculas en la superficie de la membrana, que pueden ser de tipo proteico y reconocen receptores específicos en otras células.

Las células de la glía están presentes en una proporción de 10:1 con respecto a la población neuronal, y constituyen aproximadamente el 50 % de la masa del sistema nervioso. Por estudios de análisis electrofisiológico, Baylor y Nicholls demostraron que la glía juega un papel en la estabilización del medio iónico extracelular: por ejemplo, la capacidad de síntesis de neurotransmisores como la acetilcolina se pierde reversiblemente al separarse las neuronas de la glía.

Otros tipos celulares como la célula de Schwann, son los responsables del recubrimiento de  mielina en el axón que permite la aceleración de las velocidades de conducción, lo cual es uno de los mecanismos que ayudan a la regulación de la transmisión de la información en el sistema nervioso.
Célula de Schwann
Además regula el patrón de desarrollo y migración de varios tipos diferentes de neuronas. Parece que la disposición de las células de Schwann en la zona de las terminales sinápticas les confiere un papel en la transferencia de información interneural.

Con estos conceptos se llega a la idea de que el cerebro puede ser un objeto formal de estudio, teniendo en cuenta que el cerebro emerge a un nivel superior denominado mente, cuya novedad creativa va más allá de lo existente en los niveles o patrones inferiores, a los que incluye por medio de la mente. En la investigación del cerebro y la mente, los filósofos han introducido la mayor parte de las semejanzas y diferencias entre uno y otra.

El orden de investigación, una vez entendida la estructura y función neuronal, es descubrir como están interrelacionadas las subunidades más grandes del cerebro y la forma en que está constituída cada subunidad. El cerebro se rige entonces por las leyes del funcionamiento neuronal, y por medio de la mente las trasciende y se rige como un todo por las leyes de la comunicación simbólica y la sintaxis lingüística. Pero si hay una alteración metabólica difusa del funcionamiento neuronal, este funcionamiento alterado también alterará el funcionalismo de la mente. El premio Nobel de Medicina Roger Sperry lo expresa así:

“En conexión con esto, es importante recordar que todas las fuerzas más simples, primitivas y elementales permanecen presentes y operativas; ninguna de ellas ha sido suprimida. Sin embargo, estas fuerzas y propiedades inferiores han sido reemplazadas en pasos sucesivos; por así decirlo, han sido rodeadas y envueltas por las fuerzas de entidades organizativas sucesivamente más complejas”10. 

Sin embargo, las pautas del flujo intracerebral de información durante la ejecución de tareas mentales no son fáciles de determinar partiendo únicamente de la investigación anatómica de la circuitería neural, ni del estudio de la tendencia al cambio que ocurre en las uniones sinápticas como consecuencia de la actividad mental.
    Los potenciales de acción no están limitados a la codificación de la información del sustrato básico, sino que ejercen una serie de efectos metabólicos secundarios que alteran los circuitos a través de los cuales se transmiten, confirmando la citada teoría quemotática de Cajal, con lo cual se multiplica la complejidad de un conjunto de caracteres moleculares y se genera un sustrato más rico para los fenómenos mentales 11.

Mielina

La mielina o sustancia blanca, recibió este nombre de Rudolph Virchow hacia 1864. La palabra deriva del griego myelós que traduce médula, término que reflejaba la observación de la abundancia de esta sustancia en la “médula” o porción profunda de color blanquecino del cerebro.
 El médico y patólogo alemán Rudolph Virchow
1821-1902
Crédito de imagen
El hallazgo de que la mielina es un aislante eléctrico data de 1878, cuando el patólogo francés Louis Antoine Ranvier dibujó en un libro de texto sobre la anatomía del sistema nervioso central, una analogía entre la mielina y la cubierta protectora de los cables de comunicación transatlántica colocados en 1866. La ubicuidad de la mielina se debe a sus propiedades de aislante eléctrico, fenómeno que resulta en la aceleración de la transmisión del impulso nervioso. Vale la pena destacar que la proporción de la materia blanca en relación a la gris aumenta en la medida que se asciende en la escala evolutiva.
La mielina es el recubrimiento de color azul y
recubre al axón de color  de color café
La velocidad de la conducción en una fibra desmielinizada aumenta en proporción directa con la raíz cuadrada del diámetro de la fibra, de modo que para duplicar la velocidad, la fibra debería ser cuatro veces mayor, mientras que una fibra con mielina para doblar la velocidad de conducción solo debe doblar el diámetro.
Dadas las condiciones de temperatura de mamíferos a 37 grados centígrados, la conducción del impulso nervioso a 100 metros por segundo por una fibra desmielinizada de varios milímetros es ampliamente superada por la de una fibra mielinizada con 20 micrómetros de diámetro. La mielina permite un gran ahorro de espacio, pues si la médula espinal contuviera fibras desmielinizadas, la conducción por todas los tractos que posee implicaría que tuviera un volumen de varias yardas de diámetro.
    Otra ventaja adicional de la mielina es que el consumo de energía es muy bajo. Entonces por las ventajas de ahorro de espacio y energía, la mielina es un elemento de primera necesidad en los sistemas nerviosos de gran complejidad. A  nivel de conducción, los cilindroejes o axones recubiertos de mielina presentan la despolarización a nivel de unas hendiduras especializadas llamadas nodos de Ranvier, descritas por este autor posteriormente en 1871. Cuando la membrana se despolariza a nivel de los nodos de Ranvier, el potencial no fluye a través de la membrana adyacente, sino que excita la membrana en el siguiente nodo. Este tipo de conducción se denomina saltatoria.
Crédito de video:
 en 07/05/2009

Ilustración de Nodo de Ranvier

Con modificaciones de:

http://drug-4-health.blogspot.com/2010/02/neurilema.html

 Louis Antoine Ranvier
1835-1922
Crédito de imagen:
El alto contenido de lípidos de la mielina es el responsable del aislamiento eléctrico, y fué demostrado a partir de las propiedades ópticas de la mielina. La disposición de la mielina alrededor de las fibras nerviosas depende de que una fila de células de Schwann dispuestas paralelamente con el axón, emiten una prolongación laminar del citoplasma que envuelve varias veces al axón 12.

La sinapsis y la interrelación funcional de los elementos neurales.

La interrelación funcional entre las neuronas depende principalmente de la sinapsis (del griego sinaptos, agarrar con fuerza), concepto que fué desarrollado por el neurofisiólogo británico Charles S.  Sherrington a finales del siglo XIX y con el cual sentó buena parte de las bases de la moderna neurofisiología. Los inicios del siglo XX fueron testigos de las disputas acerca de la teoría de la sinapsis y la teoría neuronal, que posteriormente por el desarrollo del microscopio electrónico se corroboraron y se han convertido en una base firme de todos los desarrollos conceptuales ulteriores.

    Mediante el microscopio electrónico se descubrió que la membrana neuronal se halla completamente separada de otras neuronas, mientras que en la sinapsis se produce un íntimo contacto, con un espacio de separación de unos 200 nanómetros. La sinapsis se puede considerar como una pequeña máquina biofísica especializada para funcionar en la escala de tiempo de los milisegundos y en la de espacio de los micrómetros. Estas estructuras regulan el grado de eficacia de transmisión de la información. Hay dos tipos básicos de sinapsis, que son las eléctricas y las químicas.
Anatomía de sinapsis
      En las sinapsis de tipo eléctrico los cambios inducidos presinápticamente se originan por cambios producidos iónicamente, mientras que en el caso de las sinapsis químicas la transmisión se produce merced a los neurotransmisores, sustancias de las que se habla más adelante, pero que básicamente, son moléculas que inducen cambios en el potencial eléctrico de la neurona vecina.
La interrelación es relativamente simple en los acoplamientos electrónicos de las sinapsis eléctricas, pero exhibe una mayor complejidad en las sinapsis químicas, puesto que se involucra la participación de la maquinaria metabólica celular. A su vez, las sinapsis químicas se dividen en dos categorías, la excitadora y la inhibidora. La sinapsis excitadora posee una brecha sináptica más amplia y las vesículas sinápticas son esféricas, mientras que en la sinapsis inhibidora las vesículas son alargadas 13.
El acoplamiento de los impulsos eléctricos que llegan a la terminal presináptica por medio del influjo de iones calcio a través de la membrana, induce la fusión de las vesículas sinápticas del citoplasma con la membrana en unas regiones especializadas llamadas “zonas activas” y el contenido de neurotransmisores se libera a la hendidura sináptica, para luego unirse a los receptores específicos.
    La sinapsis es un medio tan eficiente para regular la transmisión de la información que no ha sufrido modificaciones a lo largo del proceso evolutivo. La esencia del funcionamiento del sistema nervioso, tanto del cerebro como de la médula espinal es la canalización de la información sensorial recibida hacia unos conjuntos neuronales que controlan los tejidos efectores del organismo, como lo son los músculos y las glándulas.
Microfotografía de una neurita teñida con
anticuerpos para actina (rojo) y para β3-tubulina
Tomada en el laboratorio KlemkeLab
Cortesía de Dr Richard Klemke Ph.D.
Crédito de imagen:

El descubrimiento de los arcos reflejos, en los cuales la excitación producida por un estímulo causa una respuesta involuntaria, por ejemplo, un movimiento, mediado por la vía de una sola neurona, condujo a pensar que el sistema nervioso se había originado cuando el organismo dispuso de una cadena de células capaces de mediar entre un estímulo del medio ambiente y una respuesta. Ya se conocen mejor los tipos de operaciones que realiza el sistema nervioso situado cerca de los extremos de entrada y de salida. En el extremo de entrada o de aferencia (del latín afere: transportar) el sistema procura extraer del mundo exterior la información que tiene relevancia biológica. Por ejemplo, los receptores conducen mejor la información sobre un estímulo cuando este comienza o finaliza, ya  que lo que se requiere es conocer mejor los cambios ambientales.

    Así, en el sistema visual lo relevante son los contrastes y movimientos; la mayor parte de las conexiones neuronales de las tres primeras escalas o relevos neurológicos en la vía de la conducción visual desde la retina hasta la corteza cerebral se dedican a aumentar el contraste y el movimiento. En las fases posteriores y hasta su llegada a la corteza cerebral, el comportamiento de las células se hace más complejo.
Por ejemplo, la teoría de la comunicación se ha aplicado a la transmisión visual con base en el teorema del muestreo y el teorema de Logan en el cruce cero para explicar como la información enviada por un canal limitado como lo es el nervio óptico se expresa con mayor detalle en el córtex visual. Pero todavía, a pesar de los modelos matemáticos aplicados para la comprensión de esta percepción, su complejidad es mayor, ya que en el fenómeno de la transmisión visual, por ejemplo, las vías actúan sobre sí mismas de algún modo  14.
    Al estar organizados de una forma jerárquica, los sistemas sensoriales logran que las neuronas responden a aspectos cada vez más abstractos de estímulos complejos, en la medida de superponerse un mayor número de sinapsis desde la fuente sensorial o sensitiva primaria. Siguiendo con la modalidad visual, la información enviada por una vía como el nervio óptico se procesa en vías paralelas, de forma que sobre una imagen se analizan simultáneamente movimiento, color y forma en distintos centros de la corteza cerebral.
El neurobiólogo Gerald Fischbach
    Gerald Fischbach, neurobiólogo de la universidad de Harvard refiere como máximo ejemplo neural de la abstracción a nivel animal, que en el sistema visual del mono existen ciertas “neuronas faciales” situadas en el surco temporal inferior, que característicamente responden solamente a rostros, pero no a otros estímulos visuales, a partir de lo cual postula que en nuestros cerebros existan células similares, dado que en las lesiones en la región correspondiente del lóbulo temporal se produce una lesión conocida por los neurólogos como prosopagnosia o déficit selectivo en la facultad del reconocimiento de las caras 15.
Por su parte, el extremo de salida del sistema nervioso incluye los mecanismos mediante los cuales una neurona motora transmite un  impulso a una fibra muscular o a una glándula, siendo el aspecto relevante en dicho extremo efector no solo la contracción de un músculo determinado, sino el patrón complejo de la contracción y relajación coordinadas de muchos músculos, por citar un caso, al momento de asir un objeto se flexionan simultáneamente los flexores de los dedos  y los músculos extensores del antebrazo para evitar que se flexione la muñeca.
    Dado que el número de las neuronas motoras es bajo, correspondiendo a un porcentaje relativamente menor de toda la población neuronal, se evidencia que hay un gran número de influencias convergiendo en estas motoneuronas, lo que sugiere que una neurona motora típica estructuralmente presenta sinapsis con un enorme número de axones de las neuronas de la red de interneuronas o células gliales.
    Se considera que una motoneurona típica a nivel de la médula espinal humana establece alrededor de 10.000 contactos sinápticos en su superficie, de los cuales alrededor de 8000 se encuentran en las dendritas, y los 2000 restantes en el cuerpo o pericarión. Si se tiene en cuenta que por cada neurona, hay de 3000 a 5000 células de la glía o interneuronas, esto equivale a que para las 1011 neuronas del sistema nervioso central habrá un promedio de 4×1014  (400 billones) de células de glía16.
Si se analizan las cifras numéricas de las poblaciones neurales, se observa que la población de neuronas gliales abarca más del 99% del total de las neuronas que constituyen el sistema nervioso central. La complejidad que se deriva de esta población podría ser semejante a los componentes de la red de una computadora.
    En general, se puede decir que se conocen aspectos funcionales en los extremos motores y sensoriales del sistema, pero aún existen lagunas sobre las funciones develadas progresivamente de las regiones intermedias, comprendidas en los lóbulos frontales y parietales, el sistema límbico, en el cerebelo, por citar algunos. Por ejemplo, a nivel del cerebelo se conocen algunas interconexiones, los tipos de sinapsis que son inhibidoras, cuales son excitadoras, y aunque funcionalmente se le atribuye un papel en la regulación del movimiento, el tono muscular y el equilibrio, no está claro como desempeña estas funciones.
Las complejas relaciones sinápticas que se generan en las conexiones de las dendritas son uno de los factores de importancia en la capacidad funcional del sistema nervioso. Se ha descrito el papel contributorio de las dendritas a los ritmos eléctricos registrados en el enlectroencefalograma. Las células de la glía, ayudan a la regulación de la síntesis de neurotransmisores como la acetilcolina y es posible que por su localización en la zona de los terminales sinápticos tengan un papel en la transmisión de información interneural. También tienen un papel en la regulación de los flujos de corrientes celulares que generan la actividad eléctrica vista en el electroencefalograma.

Neurotransmisores

En 1921, el médico austríaco Otto Loewi de la Universidad de Graz, demostró la participación de sustancias con características de transmisores químicas. Mientras experimentaba con corazones de rana latiendo, cuando estimuló el nervio vago o pneumogástrico, la frecuencia de latidos se redujo; al colocar otro corazón en el líquido del primer experimento, también disminuyó la frecuencia.
Otto Loewi
Frankfurt 1873 – Nueva York 1961
Loewi llamó a la sustancia contenida en el líquido como Vagusstoff (la traducción equivaldría a “principio activo/sustancia del vago”) que posteriormente fué identificada como acetilcolina (abreviada ACh). En la actualidad se conoce la existencia de aproximadamente sesenta neurotransmisores, la mayoría de los cuales son péptidos, es decir, cadenas de algunos aminoácidos.
En general, los neurotransmisores tienen una serie de propiedades comunes como bajo peso molecular, buena solubilidad en agua, y suelen ser aminoácidos o sustancias relacionadas. Los neurotransmisores peptídicos se derivan de restos carbonados del metabolismo de la glucosa, mientras que los metabolitos -es decir, moléculas que han sufrido una transformación metabólica en el organismo- por ejemplo, la acetilcolina y las catecolaminas se sintetizan a partir de precursores circulantes.
    Los principales neurotransmisores conocidos incluyen una lista que comprende acetilcolina, norepinefrina, dopamina, ácido gama-amino butírico, glicina, glutamato, aspartato, taurina, prolina, histamina, serotonina, sustancia P (por pain, dolor) y un sistema especial de encefalinas y endorfinas, también conocido como los opiáceos endógenos.
    A nivel de las sinapsis los neurotransmisores pueden tener acciones inhibidoras o excitadoras: en el caso de la acetilcolina, a nivel cardíaco disminuye la frecuencia cardíaca, pero en el músculo esquelético ocasiona contracciones, lo que sugiere que una misma sustancia puede ser empleada por el sistema nervioso para diferentes propósitos.
    En el lapso de 0.3 milisegundos posteriormente al impulso transmitido, se liberan aproximadamente 100 quanta de acetilcolina, que en respuesta abren aproximadamente 200.000 ionóforos o túneles iónicos en la célula muscular. El flujo hacia el citoplasma de tres mil millones de iones aproximadamente, produce una pérdida de la carga negativa intracelular o despolarización, que se conoce como “potencial de placa terminal“.

    La flexibilidad y la plasticidad del sistema nervioso también se establece al demostrarse como las neuronas del sistema nervioso central pueden alojar varios neurotransmisores simultáneamente, como serotonina y péptido P, o como dopamina y neurotensina. Aunque no se conoce bien el significado funcional de la liberación conjunta de neurotransmisores, se conoce que las alteraciones de los sistemas neuronales que contienen dopamina y colecistocinina pueden explicar la etiología de algunos tipos de enfermedades mentales como la esquizofrenia.

Representación de estructura de serotonina
Los niveles de los transmisores peptídicos y de los metabolitos peptídicos están estrechamente regulados. En el caso de los neurotransmisores como catecolaminas, serotonina o acetilcolina, la regulación se hace en el propio terminal nervioso, por limitación de la enzima responsable del metabolismo, o por factores como calcio iónico o monofosfato cíclico de adenosina que responden a procesos de estimulación del SNC.
    Con los transmisores peptídicos, la regulación de la síntesis se realiza en el cuerpo celular de la neurona, a considerable distancia del SNC, lo cual requiere que los péptidos sean transportados y procesados antes de actuar como neurotransmisores. Por ejemplo, las encefalinas, la corticotropina y la angiotensina se sintetizan a nivel de los ribosomas, luego se unen con una molécula de glucosa, se encapsulan en vesículas y finalmente van hacia el terminal nervioso por transporte axonal.
    Durante el transporte axonal hay un procesamiento adicional, en el cual se separan algunos aminoácidos, con lo cual se “madura” el neurotransmisor. Los neurotransmisores se unen a receptores específicos que son proteínas integrantes de la membrana. Los receptores tienen unas estructuras complejas a las cuales se acopla perfectamente el neurotransmisor. A nivel molecular, los puntos de unión entre el receptor y el neurotransmisor son cuantitativamente reducidos y la interacción entre ambos altera las propiedades de la membrana, sea alterando el potencial o la resistencia 17. (Cf. Funcionalismo neural).

    Los neurotransmisores determinan circuitos bioquímicos, diferentes según la molécula de base. Por ejemplo, las redes noradrenérgicas que se asocian al locus cœruleus son de importancia para el ciclo de sueño-vigilia y para el sueño de movimiento oculares rápidos (MOR). Los circuitos serotonérgicos que parten de los núcleos del rafé son de importancia en el sueño de ondas lentas y parecen tener efectos modulatorios sobre los mecanismos periféricos del dolor, en interacción con las encefalinas. La dopamina es importante en los circuitos nigroestriatales, mesolímbicos, tuberohipofisiarios y mesocorticales, de importancia en el control motor y afectivo.

En la enfermedad de Parkinson, también conocida como “parálisis agitante“, hay depleción de dopamina de la “pars compacta” de la substancia nigra, pérdida progresiva de la capacidad de unión de la dopamina con sus receptores a nivel del núcleo caudado y compromiso de poblaciones neuronales heterogéneas a nivel de tallo cerebral, el núcleo basal colinérgico de Meynert, algunas neuronas hipotalámicas y otras corticales, especialmente en el giro cingulado y la corteza entorrinal, así como en el bulbo olfatorio, y de tipo parasimpático en la pared intestinal; la progresiva pérdida de los receptores explica por ejemplo, la decreciente respuesta de los pacientes parkinsonianos a la medicación con levodopa.
    La complejidad de la neurotransmisión se ha mostrado en las llamadas “imágenes funcionales” -como tomografía de positrones, resonancia magnética espectroscópica- que demuestran alteraciones en la emisión y captura de dopamina, alteraciones del metabolismo local en núcleos basales y tálamo y en otros casos, disminución de la integridad neuronal del estríado en pacientes sin tratamiento 18.
El putamen es uno de los núcleos de la base
Fotografía de putamen y globus pallidus en corte transversal de cerebro humano
Fotografía tomada por aaronbflickr el 22 Feb 2008 
    La enfermedad de Parkinson figura en la literatura ayurvédica hindú, descrita con el término kampavata, refiriendo un estado de temblor y dificultad en el movimiento; hoy se conoce que los cambios patológicos de una mayor pérdida (60 – 70% de la población neuronal) en la porción ventrolateral de la substancia nigra de Soemmering con pérdida regional de dopamina en el estríado y el putamen se correlacionan con rigidez y dificultad de movimiento.

Neuronas muertas en la sustancia nigra. Microfotografía por José Luis Calderón, Eric Ávila y Gerardo Rivera Silva, del Laboratorio de Neurociencias y Biotecnología – Escuela de Medicina Universidad Panamericana, México DF, México.

Con amable autorización del Dr Gerardo Rivera Silva.

Crédito de imagen:

http://hosting.udlap.mx/profesores/miguela.mendez/alephzero/archivo/historico/az49/bionanotecnologia-49.html

En otras enfermedades como la esquizofrenia se atribuye por ejemplo, un papel a los neurotransmisores dopamina-colecistocinina según Lee y Seeman. La esquizofrenia puede ocurrir -en un contexto de anormalidad en neurotransmisores- por un aumento de la cantidad de dopamina en ciertas regiones del cerebro o bien por aumento en el número o la sensibilidad de los receptores postsinápticos. Las drogas estimulantes como las anfetaminas pueden producir psicosis y síntomas similares a los brotes esquizofrénicos por su parecido estructural a la dopamina.

    El mecanismo de acción de algunos neurotransmisores como la serotonina empieza en forma muy tímida a ser develado. Se conoce que este neurotransmisor en particular interviene en comportamientos de tipo suicida, en el apetito, en el control de la agresión, en la regulación del humor. Los sistemas neuronales que responden a la serotonina tienen una amplia distribución por el cerebro, hallándose en los lóbulos frontales y en particular, en las estructuras denominadas ganglios o mejor, núcleos basales.
    Del mismo modo que con otros neurotransmisores, la serotonina se libera hacia la hendidura sináptica para luego ser extraída de allí por una recaptura o recaptación, antes de que la célula presináptica se torne nuevamente excitada. Existen fármacos como la clomipramina, la fluoxetina y la fluvoxamina que han demostrado utilidad en el tratamiento de una entidad clínica denominada “trastorno obsesivo compulsivo“, donde existen ideas persistentes e intrusivas que la persona identifica como ajenos a sí misma, pero que causan enorme ansiedad (Cf. Trastornos de las funciones mentales superiores). La utilidad de estos fármacos viene dada por sus efectos bloqueantes de la recaptación de serotonina en la sinapsis.
    La mejoría de los síntomas obsesivo-compulsivos es una prueba que muestra la participación indirecta de la serotonina en este tipo de trastorno psiquiátrico. Tal parece que existen patrones de comportamiento latentes almacenados en los núcleos basales que se activan debido a la presencia de anomalías funcionales en las áreas inferiores de los lóbulos frontales.
    Los impulsos desencadenantes de tales patrones en los núcleos basales son conducidos por vías neuronales cuyo principal neurotransmisor es la serotonina. El tratamiento médico con estos fármacos, junto con otras moléculas pertenecientes a la familia de los antidepresivos tricíclicos podría, por medio de la alteración de la neurotransmisión de la serotonina amortiguar el estímulo desde la regiones frontales y contribuír a la mejoría.
Arnau de Vilanova
Crédito de imagen:

El Canon de  Avicena alude a los pensamientos dominantes o obsesivos y como mediante el acto sexual se lograba la “expulsión” de estos, por el mecanismo de la disolución de los vapores espermáticos. A todas luces, la obsesión era una enfermedad del género masculino. Para Arnau de Vilanova, un médico medieval y autor de Opera medica Omnia, la obsesión,

“la obsesión y el trastorno de carácter patológico surgían a consecuencia de que la “virtud estimativa” -a la que se atribuía el estar situada en el ventrículo medio del cerebro- consideraba que el placer que se iba a obtener iba a superar a todo lo demás y constituiría el único bien apetecible. Se consideraba que el corazón, en presencia del ser amable sufría en los espíritus vitales inflamación y aturdimiento y confundían el juicio hasta que llegaban al ventrículo medio del cerebro; por vecindad desecan también el ventrículo anterior, lo cual produce la fijación de las impresiones recibidas y la obsesión. Las condiciones de la enfermedad (obsesiva) se cumplen en su totalidad si la pasión amorosa queda contrariada, es decir, si no se da la realización del acto sexual como desenlace natural del mecanismo psicológico”19.

 

Avicena
980 – 1037 AD
Crédito de imagen:
http://www.iqb.es/historiamedicina/personas/avicena.htm

    Los conocimientos sobre neurotransmisores nos colocan ante una perspectiva más amplia sobre la obsesión, y se sospecha que otros tipos de comportamientos obsesivos como la tricotilomanía (tirarse el cabello), la cleptomanía (robo compulsivo) y el fenómeno frecuente de comerse las uñas (onicofagia), puedan responder a medicaciones para el manejo de los trastornos obsesivo-compulsivos.

 Tricotilomanía
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rincon-psicologia.blogspot.com
 Igualmente se han planteado hipótesis más atrevidas sobre los neurotransmisores, que proponen que la conciencia y sus alteraciones son meramente el producto de actividad neuronal ligadas a los neurotransmisores. Autores como Karl Jansen (1997) refieren que las experiencias cercanas a la muerte pueden ser reproducidas mediante el bloqueo de los receptores para un neurotransmisor llamado glutamato 20 por medio del fármaco ketamina, un anestésico. 
 Representación de
molécula de ácido
glutámico/glutamato
una de las excitotoxinas
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northernbrewer.blogspot.com
    Sin embargo, tal hipótesis ha recibido críticas, porque es solamente una de las muchas alternativas de interpretación de la realidad, argumento que se tiende a verificar además a través de experiencia directa y propia, cuando se atribuye a la conciencia una capacidad de relacionarse siempre con el individuo, mientras que el cuerpo es solamente el objeto. Los objetos vienen y van, mientras la conciencia permanece 21.
Quizá los nuevos conocimientos acerca de los desórdenes mentales obliguen a la inclusión de otras conductas disparatadas y absurdas que estén unidas por patrones de herencia similares, por características semejantes en los exámenes de neuroimágenes y por un perfil de respuesta similar ante determinados neurofármacos 22.

Receptores

Hacia 1967, Arthur Carlin y Jean Pierre Changeux dieron una clave importante sobre el papel de los receptores, al sugerir que el receptor de acetilcolina fuera análogo a las denominadas enzimas regulatorias, una clase de proteínas que catalizan reacciones bioquímicas.
El neurobiólogo
Jean Pierre Changeux
Es conocido que la tasa de la reacción catalizada por una enzima puede ser alterada por una sustancia llamada “efector” y que esta molécula efectora puede ser estructuralmente diferente de la molécula blanco de la enzima, pero una vez ligada a la enzima cambia su estructura tridimensional y de paso, incrementa su actividad catalítica.
La acetilcolina tiene pocas semejanzas con los iones sodio y potasio, pero como “efector” influye en la apertura y cierre de los ionóforos, lo cual equivaldría a la actividad catalítica alterada 23.
    Los receptores son proteínas situadas principalmente en las membranas biológicas, y su función es la transmisión de impulsos o señales biológicas generados a partir de cambios en su propia configuración espacial o tridimensional. Las proteínas que componen los receptores se pueden componer de una o varias partes, pueden estar asociados a canales iónicos o a una enzima como la adenilato-ciclasa. Esto implica, de una forma sencilla que las moléculas receptoras tienen diferentes partes funcionales, una a la cual se une la molécula de neurotransmisor, y otra unida a los ionóforos.
    La señal biológica generada por los neurotransmisores ocasiona cambios dentro del citoplasma, como la formación de endosomas que captan el neurotransmisor (proceso también conocido como endocitosis), o al proceso inverso de externación o exocitosis. Este modelo teórico desde el punto de vista de la farmacología celular es importante porque ayuda a explicar como actúan los medicamentos con efectos agonistas o antagonistas.
    Los receptores situados en los extremos presinápticos y postsinápticos de las neuronas implicadas en los procesos de neurotransmisión tienen un alto grado de especialización. Una vez que los neurotransmisores se han liberado al espacio o hendidura sináptica se unen con receptores específicos permitiendo el flujo de la información por cambios en el movimiento de iones a través de la membrana o bien mediante la síntesis de moléculas denominadas “segundos mensajeros” 24.
El declive funcional de los receptores de acetilcolina en el sistema nervioso central es una de las explicaciones que se propone para el trastorno degenerativo conocido como la enfermedad de Alzheimer. El receptor del ácido gama-amino-butírico o GABA, tiene en su configuración un receptor de benzodiazepinas, de tal manera que el efecto inductor de sueño y ansiolítico de las benzodiazepinas se explica por los efectos inhibitorios sobre el GABA. 
En la entidad patológica conocida como “disautonomía familiar” una enfermedad neurológica de herencia recesiva encontrada en población judía de Europa central u oriental, se encuentra alteración de la percepción del dolor, la temperatura y el gusto, reflejos tendinosos profundos ausentes o disminuídos, e incapacidad para la coordinación de movimientos voluntarios. David Siggers, de la Universidad “Johns Hopkins” ha descrito la presencia de una mutación en el gen que codifica una proteína llamada “factor de crecimiento neural” o NGF (sigla de Nerve-Growth Factor).
    La molécula mutante de NGF tiene una configuración diferente a la de la molécula normal, resultando una menor actividad biológica, que el cuerpo trata de compensar sintetizando una mayor cantidad, lo cual desencadena actividad antigénica  -es decir, inductora de la producción de anticuerpos- que resulta en la producción de altos niveles detectables de anticuerpos antiNGF, que dañan la NGF y paradójicamente la disminuyen 25

Referencias

  1. Albornoz, A: Conferencia magistral: “Don Santiago Ramón y Cajal. Acta Neurológica Colombiana 1988; 4(3):
  2. Hubel DH: El cerebro. En: El Cerebro Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. 3ª Ed. Edit. Labor, Barcelona. 1983.
  3. Stevens CF: La neurona. En: El Cerebro Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. 3ª Edición. Editorial Labor, Barcelona. 1983
  4. Swerdlow JL: Quiet Miracles of the brain. National Goegraphic 1995; 187 (6):
  5. Stevens L: Exploradores del Cerebro. Barral Editores. Barcelona, 1974.
  6. Mayor F, Giménez C: Receptorpatías. Investigación y Ciencia 1987; 126:
  7. Stevens L: Exploradores del Cerebro. Barral Editores. Barcelona, 1974.
  8. Hubel DH: El cerebro. En: El Cerebro Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. 3ª Ed. Edit. Labor, Barcelona. 1983.
  9. Hofstadter DR: Gödel, Escher, Bach. Un eterno y grácil bucle. Tusquets Editores, Barcelona, 1998.
  10. Wilber K: Sexo, Ecología, Espiritualidad. El alma de la evolución. Volumen I Gaia Ediciones, Madrid 1996.
  11. Fischbach GD: Introducción general. En: Mente y Cerebro. Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. Edit. Prensa Científica, Barcelona. 1993.
  12. Morell P, Norton WT: Myelin. Scientific American 1980; 242 (5): pp. 76
  13. Popper KR, Eccles J: El Yo y su cerebro. 1ª Ed. Editorial Labor Barcelona, 1985.
  14. Crick FHC: Reflexiones en Torno al Cerebro. En: El Cerebro Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. 3ª Ed. Edit. Labor, Barcelona. 1983
  15. Fischbach GD: Introducción general. En: Mente y Cerebro. Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. Edit. Prensa Científica, Barcelona. 1993.
  16. Nauta JWH, Feiertag M: Organización del cerebro. En: El Cerebro Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. 3ª Ed. Labor, Barcelona. 1983.
  17. Nauta JWH, Feiertag M: Organización del cerebro. En: El Cerebro Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. 3ª Ed. Labor, Barcelona. 1983. pp. 57
  18. Lang AE, Lozano AM: Parkinson’s Disease. I part. New England Journal of Medicine 1998; 339 (15): 1044-1053
  19. Jacquart D, Thomasset C: Sexualidad y Saber Médico en la Edad Media. Editorial Labor, Barcelona, 1989
  20. Jansen KLR: The ketamine model of the near-death experience: A central role for the N-methyl-D-aspartate receptor. Journal of Near Death Studies 1997; 16 (1): 5-26
  21. Kungurtsev I: Which comes first: Consciousness or aspartate receptors? Journal of Near Death Studies 1997; 16 (1): 55-57 Abstract
  22. Rapoport JL: Biología de las obsesiones y las compulsiones. Capítulo 14. En: Función cerebral. Monografía de Libros de Investigación y Ciencia. Prensa Científica SA, Barcelona España. 1991
  23. Lester HA: The response to acetilcholine. Scientific American 1977; 236 (2): pp. 111
  24. Mayor F, Giménez C: Receptorpatías. Investigación y Ciencia 1987; 126: 10-19
  25. Science and the Citizen. Scientific American 1976; 235 (6): 52-53

Recursos en la web

En Research Gate: http://t.co/Nqh92Mr

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