La neurona
La neurona se considera el
componente más importante del sistema nervioso central, sin embargo hoy en día
se sabe que las células gliales desempeñan un papel literalmente fundamental.
“La neurona es la unidad estructural y funcional del cerebro” – teoría
de Ramon y Cajal.
La morfología de la neurona tiene
relación con su función, así tenemos que células sensoriales son
pseudounipolares o bipolares, las que cumplen un papel de conectividad tienden
a ser multipolares, etc. Si bien las neuronas tienen gran diversidad de tipos
morfológicos, la mayor heterogenidad la encontramos a nivel molecular, sin
embargo, la señalización neuronal es estereotipada. Independiente de la
morfología neuronal, existe una región de transducción generalmente en las
dendritas, donde ocurre la sinapsis y eventualmente se está traduciendo un
estímulo, como podría ser un estímulo lumínico o mecánico, en una respuesta
eléctrica, es relevante que se llegue al umbral de disparo en el cono axonal o
montículo del axón, donde existen cantidades abundantes de canales Na+,
para que se dispare el potencial de acción, y a través de la terminación
sináptica se secreten los neurotransmisores y la sinapsis logre su cometido.
Entre los criterios de
clasificación encontramos:
1. Estructural: Bipolares, multipolares,
pseudomonopolares.
2. Funcional: Eferentes, aferentes,
interneuronas.
3. Acción: Excitatorias, inhibitorias,
moduladoras.
4. Neurotransmisores: Colinérgicas,
dopaminérgicas, etc.
Las neuronas están
compartimentalizadas, en una neurona tipo observamos: dendritas, de un tamaño
menor a 1 mm, donde se encuentra la región de transducción; soma, de 5-500µm,
donde ocurre la integración de la señal y donde ocurre el metabolismo celular;
el axón, de un largo de más de un milímetro, que conduce el impulso nervioso y
existe transporte de organelos y proteínas; y finalmente el terminal sináptico,
que liberará los neurotransmisores.
Las neuronas son muy polarizadas y
tienen alta actividad secretora, lo que se condice con los epitelios, pues
ambos tienen un origen común en ectodermo. Hace no mucho tiempo se logró
inducir epitelio humano a células pluripotenciales y luego inducir estas a un
fenotipo de motoneurona.
Con respecto a las células gliales,
los astrocitos conectan la microcirculación encefálica con las neuronas,
permitiendo un aporte de nutrientes y eventualmente formando redes de
astrocitos, la captura de glutamato liberado al espacio sináptico promueve la
captura de glucosa en el astrocito; los oligodendrocitos mielinizan las fibras
neuronales, pero también participan en la formación de factores tróficos
inhibitorios que impiden que en los nódulos de Ranvier aparezcan nuevas fibras
axónicas y se establezcan nuevas conexiones; y las microglías desempeñan acción
fagocitaria, de defensa del sistema nervioso.
Existen cien mil millones de
neuronas, pero cien mil billones de conexiones funcionales. Actualmente algunos
mencionan que la sinapsis es la unidad estructural y funcional más que la neurona.
A nivel de neocorteza, las células piramidales de la capa cinco reciben
aproximadamente 1000 conexiones sinápticas de neuronas vecinas o estructuras
subcorticales.
Las sinapsis neuronales son las que
permiten formar circuitos neuronales interconectados. Subdividimos estos
circuitos en microcircuitos locales, de procesamiento interno, y en
macrocircuitos que involucran distintas regiones cerebrales. Un ejemplo del
primero podría ser la retina, y del segundo cuando a la fibra de la retina
llega al cuerpo geniculado lateral. Los circuitos neuronales se definen por la
naturaleza morfológica, química y de conectividad de sus neuronas.
Territorio dendrítico
El territorio dendrítico involucra
una gran cantidad de membrana y citoplasma, son extensiones del soma que pueden
alcanzar los 1mm de longitud y más del 95% de la superficie total. Del soma
salen cerca de 10 dendritas primarias, y de éstas protruyen cerca de 10 más que
se conocen como dendritas secundarias o terminales, es decir, por neurona se
tienen aproximadamente 100 dendritas. Aquí llegarán los potenciales
postsinápticos que serán traducidos y eventualmente podrían, o no, llegar al
punto de integración de estas señales eléctricas, pudiendo llegar a
desencadenar finalmente el potencial de acción y la consecuente liberación de
neurotransmisores. La propagación del estímulo tendrá relación con las
características RC, como podría ser la expresión de canales voltaje
dependiente.
Las dendritas tienen estructuras
protruyentes denominados botones o espinas dendríticas, que son regiones donde
ocurre la sinapsis. Las espinas dendríticas son pequeñísimas, de 0.001 µm a 1 µm,
constituyen un microdominio donde cambios sutiles de iones generan un gran
efecto en sus concentraciones. Aquí sí hay cambios relevantes en
concentraciones de iones, contrariamente a lo que ocurría en la neurona como un
todo. Existen gran cantidad de receptores anclados en los botones dendríticos
que toman el nombre de densidad sináptica. En el punto de unión de la espina
con la dendrita existe un estrechamiento que se conoce como cuello, que es un
componente resistivo, que genera que la espina sea prácticamente un componente
aislado química y eléctricamente. Sin embargo si se sobrepasa el componente
resistivo del cuello existirá una propagación de la señal a la dendrita, en
otras palabras, existe un umbral. Aún así, el botón dendrítico es muy plástico
lo que permite que el cuello se engruese, o adelgace, ante ciertos casos en
milisegundos, disminuyendo la resistencia generada. Existe correlación entre la
función de la espina y la adaptabilidad del sistema; además también existe
correlación entre la densidad de espinas dendríticas y complejidad, puesto que
implica mayor conectividad.
Cuando se entrena un sentido como
la audición, se espera un aumento de densidad de botones dendríticos, y si éste
sentido se deja de utilizar esperaríamos una regresión. En otras palabras
estamos ante un mecanismo muy plástico. Lo que nos permite entender estos
cambios tan rápidos es el citoesqueleto de actina en las espinas, y señales de
calcio que generan la reestructuración de la actina. De hecho es una diferencia
muy notable que en la dendrita propiamente tal tenga andamiajes relevantes de
microtúbulos, mientras que en la espina son de actina. La actina además implica
distintos tipos de MAPs que permiten la estabilización e interacción, tienen
sitio de unión a calcio, son fosforilables y permiten que las estructuras estén
más cerca. Por tanto son sensibles a cambiar por kinasas y calcio.
En las espinas uno encuentra
también aparato de golgi, retículo endoplásmico, ribosomas y eventualmente
mitocondrias. Estos organelos y mensajeros llegan a través de ATPasas
denominados motores moleculares, principalmente las kinesinas, pero también las
dineínas tienen un papel relevante.
Estas ATPasas se aprovechan de la
hidrólisis del atp, y la isomerización les permite movilizarse, casi caminando
por el citoplasma.
Las dineídas son transporte
retrógrado, desde distal hacia el cuerpo celular, importante para reciclaje
entre otras cosas. Las kinesinas son transporte anterogrado que se movilizan
del cuerpo celular hacia distal, entonces éstas son las más relevantes pues
deben movilizar mitocondrias y mensajeros para territorios que demandan energía
o síntesis proteica. Hay gran diversidad de estos motores, algunos muy
específicos, entonces uno observa que algunos receptores para glutamato, como
son el AMPA y NMDA que participan en procesos como la potenciación a largo
plazo, se sintetizan a nivel de soma celular, se cargan en estos motores y se
movilizan a los territorios dendríticos.
Si bien el axioma es que la
síntesis proteica ocurre en el cuerpo celular, también existe síntesis a nivel
local en las dendritas. Hay reservas de mensajeros a nivel de las espinas que
se pueden activar por proteínas quinasas, esto nos permite explicar la síntesis
proteica rápida. Se pueden marcar con fluoróforos ARN mensajeros y es
observable cómo viaja a regiones distales. La formación de nuevos mensajeros
depende de la actividad sináptica, que en general involucra calcio que implica
la traducción del ARNm. Esto puede ser directamente o indirectamente activando
kinasas.
Cuerpo celular o soma
El soma o cuerpo celular es la
región en donde se encuentra el material hereditario, por lo que será aquí, y
no en la periferia, donde se formarán los ARN mensajeros que serán luego
secuestrados a regiones específicas, y es en estas regiones es donde se desmetila el cap 5’ activándolo y permitiendo su traducción.
Posee una altísima actividad
metabólica, por lo que se expresa un gran número de mitocondrias, y esto
explica someramente por qué un pequeño corte en el suministro energético puede
causar muerte celular.
Metabolismo neuronal
En la glucólisis aerobia se
consumen 6 O2 y se liberan 6 CO2, en otros mecanismos
oxidativos como la oxidación de ácidos grasos se producen más O2 que
de los CO2 que se producen. Por esto se hace relevante el cociente
respiratorio, que corresponde a CO2/O2, si éste cociente tiende a 1, existe una
mayor oxidación de la glucosa. En la neurona en cociente es 0.92 ≈ 1 lo que nos
indica aporte energético por oxidación de azucares, lo cual es muy deducible
pues la neurona tiene como principal fuente energética a la glucosa.
La razón metabólica, que cuya fórmula
es O2/Glucosa, de la neurona es 5,7 ≈ 6, lo cual da
cuenta de la eficiencia de la oxidación.
Por este alto metabolismo las
neuronas tienen un estrés metabólico muy alto, pero esto se ve compensado con
una alta cantidad de antioxidantes.
El mayor gasto energético se da en
la mantención del potencial de membrana. Algunos libros mencionan a la
propagación del potencial de acción como el mayor gasto, sin embargo la
propagación es difusión simple, por lo que en realidad es la mantención del
gradiente lo que en verdad tiene un gasto energético enorme. El reciclaje de
neurotransmisores tiene un bajo gasto de energía.
Axón
Es la carretera donde se generan
los potenciales de acción y que dará respuesta a través de los terminales
presinápticos. Además de la transmisión eléctrica también estará asociado con
motores moleculares, es decir, con los transportes retrógrados rápidos, que
tienen que ver con la mantención del sistema, reciclaje y factores tróficos; y
con transporte anterógrado rápido, que llevará organelos y receptores; y el
transporte axonal lento (anterógrado) que tendrá que ver con la restauración
del citoesqueleto, CaM entre otras cosas.
Actividad eléctrica de las neuronas
Las neuronas generan actividad
eléctrica intrínseca, muchas de ellas presentan actividad de la funny current
homólogo a lo que veíamos en las células de los cardiomiocitos. Además reciben
inputs, determinados por fuentes externas.
Con respecto al axón, las dendritas
son muy pequeñas, por lo que tienen una mayor resistencia, si se genera un
evento que supera la resistividad del cuello del botón dendrítico e invade la
dendrita, aún así las cargas tenderán a disiparse, a salir por la resistividad
axial. Entonces, tenemos una mayor amplitud, pero se disipa más rápido, por lo
que se esperaría que un estimulo de una dendrita distal que llega al soma es
muy débil o no llega, sin embargo, también existen hotspots llenos de canales
que generarán una suerte de autorregeneración. Esto causa una diferencia en la
cinética de la señal, pues si al inicio era una señal glutamatérgica, al llegar
a estos puntos pasa a ser de calcio.
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