Download Unidad Didáctica II. Fisiología y Procesos Fisiopatológicos del

Unidad Didáctica II.
Fisiología y Procesos Fisiopatológicos
del Sistema Nervioso.
Tema 2. Organización General del Sistema Nervioso.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
1.Organización General del Sistema Nervioso.
2. Clasificación del Sistema Nervioso.
2.1. Clasificación anatómica.
2.2. Clasificación fisiológica.
3. Elementos celulares del Sistema Nervioso.
3.1. Neuronas.
3.2. Células gliales.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4. Propiedades eléctricas de las neuronas.
4.1. Potencial de membrana en reposo
4.2. Potencial de acción.
4.2.1. Iniciación del potencial de acción.
4.2.2.Fases del potencial de acción.
4.2.3. Génesis del potencial de acción.
4.2.4. Propagación del potencial de acción.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5. Sinapsis.
5.1. Tipos de sinapsis.
5.1.1. Sinapsis de tipo químico.
5.2. Neurotransmisores.
5.2.1. Clasificación de los neurotransmisores.
5.2.2. Receptores de los neurotransmisores.
5.2.3. Mecanismos de inactivación de los
neurotransmisores
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
El sistema nervioso es el encargado de coordinar
e integrar las funciones vitales del organismo,
tanto para el mantenimiento de la homeostasis
como para la adaptación del organismo al
medio en el que se desarrolla.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
1. Organización general del Sistema Nervioso.
En el Sistema Nervioso se diferencian:
a. Receptores: Recogen información externa e interna.
b. Nervios sensitivos o aferentes: Transmiten la
información desde los receptores a los centros
nerviosos.
c. Centros nerviosos: Procesan la información y
elaboran una respuesta: Encéfalo y médula espinal.
d. Nervios motores o eferentes: Transmiten la
respuesta
e. Órganos efectores: Ejecutan la respuesta. Músculos
y glándulas.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
2. Clasificación del Sistema Nervioso.
2.1. Clasificación anatómica.
a. Sistema Nervioso Central: Encéfalo y médula.
b. Sistema Nervioso Periférico: Nervios y ganglios.
2.2. Clasificación fisiológica del Sistema Nervioso.
a. Sistema Nervioso Somático: Controla los actos
voluntarios.
b. Sistema Nervioso Vegetativo o Autónomo:
Controla los actos involuntarios:
* Sistema Nervioso Simpático
* Sistema Nervioso Parasimpático.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
3. Elementos celulares del Sistema Nervioso.
3.1. Neuronas.
Son las unidades anatómicas y funcionales del Sistema
Nervioso (1 billón).
En su morfología se distingue:
* Soma o cuerpo celular.
* Prolongaciones:
- Dendritas: Muy ramificadas. Parten del soma.
- Axón: Existe uno por célula. Su parte final se
denomina telodendria o pie axónico y en él se localizan
las vesículas de neurotransmisor.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Las neuronas reciben información procedente de otras
neuronas a través de:
* Soma * Dendritas * Espinas dendríticas.
En estas estructuras se localizan receptores específicos
de diferentes neurotransmisores.
Las neuronas envían información a otras neuronas a
través del axón.
Las neuronas se pueden clasificar atendiendo a diferentes
criterios, uno de ellos es la presencia o ausencia de
bandas de mielina.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Se distinguen dos tipos de neuronas según que presenten
o no bandas de mielina:
* Neuronas amielínicas: El axón está desnudo.
* Neuronas mielínicas: El axón esta cubierto de mielina
(sustancia de naturaleza lipoprotéica), excepto en los
nódulos de Ranvier (constricciones periódicas de 1 µm
de grosor, separadas entre si 1 mm).
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
3.2. Células gliales.
Son las “otras” células del Sistema Nervioso. (10 – 50
billones).
Entre sus funciones generales destacan:
1. Sirven de elementos de soporte.
2. Producen bandas de mielina.
3. Recogen restos celulares tras lesión o enfermedad.
4. Intervienen en el metabolismo de neurotransmisores
y en el mantenimiento de la homeostasis iónica.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5. Sirven de guía a los axones durante el desarrollo
neuronal.
6. Forman la barrera hematoencefálica (BHE).
7. Participan en la nutrición de las neuronas.
Se diferencian cuatro tipos de células gliales:
1. Astrocitos: Morfología estrellada.
* Soporte estructural de la neurona.
* Regeneración de daños.
* Metabolismo de neurotransmisores.
* Nutrición de la neurona
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
2. Células microgliales: Células ramificadas de menor
tamaño.
* Macrófagos del Sistema Nervioso.
3. Oligodendrocitos.
* Forman bandas de mielina en el SNC.
* Homeostasis iónica.
4. Células de Schwann.
* Mielinización del SNP.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4. Propiedades eléctricas de las neuronas.
4.1. Potencial de membrana en reposo.
Las neuronas presentan una diferencia de potencial a
ambos lados de la membrana de -60/-70 mv. Esta
diferencia de potencial se observa en todas las células
vivas del organismo y se denomina potencial de
membrana en reposo y es la base de la excitabilidad
neuronal y muscular.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Causas del potencial de membrana en reposo:
1. El potencial de membrana en reposo se debe a una
desigual distribución de los iones a ambos lados de la
membrana (causa química):
* La concentración de Na+ en el medio extracelular
es mayor que en el medio intracelular. [Na+]ext
>[Na+]int
* La concentración de K en el medio intracelular es
mayor que en el medio extracelular. [K+]int>[K+]ext
Conclusión: “Hay mas sodio fuera que dentro y mas
potasio dentro de que fuera”.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Todos los sistemas biológicos tienden al equilibrio, por
tanto para alcanzar el equilibrio químico (igual
concentración a un lado y otro de la membrana), los
iones Na+ tienden a entrar en la célula y los iones K+
tienden a salir de la célula.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
2. El potencial de membrana en reposo se debe a una
desigual distribución de carga a ambos lados de la
membrana (causa de tipo eléctrico).
*El interior de la célula está cargado negativamente.
*El exterior de la célula está cargado positivamente.
De igual modo, para alcanzar el equilibrio eléctrico, los
iones Na+ tienden a entrar en la célula mientras que los
iones K+ tienden a quedarse en el interior de la célula
atraídos por la carga negativa.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
La suma de estas dos fuerzas (equilibrio químico y
eléctrico) se denomina gradiente o diferencia de
potencial electroquímico y mide la tendencia de un
soluto a atravesar la membrana. Si se aplica a los iones
Na+ y K+, se observa:
* El ión Na+ tiende a entrar en la célula.
* El ión K+ tiende a salir de la célula.
Estos iones se mueven en esas direcciones hasta que el
potencial electroquímico sea 0. En ese momento se
habrá alcanzado el equilibrio y la célula muere. Por
tanto debe existir algún mecanismo que reestablezca
las condiciones iniciales
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
El mecanismo que reestablece las condiciones
iniciales es la ATPasa Na/K ya que cada vez
que se pone en funcionamiento introduce 2 K+
y extrae 3 Na+, por tanto, no solo reestablece
la diferencia de concentración sino que
también reestablece la diferencia de carga.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4.2. Potencial de acción.
Cuando se produce un estímulo en una neurona se
produce un cambio en el potencial de membrana en
reposo. Estos cambios constituyen el potencial de
acción.
Definición: El potencial de acción es un cambio brusco y
transitorio del potencial de membrana en reposo y se
debe a una redistribución temporal de la carga iónica.
Los iones pueden fluir a través de la membrana neuronal
a través de canales iónicos (tema 1).
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tipos de canales:
* No activables: están siempre abiertos y son los
responsables de la entrada y salida de Na y K en
reposo. Se distribuyen por toda la neurona.
* Dependientes de ligandos: Se activan únicamente por
la unión de un neurotransmisor a su receptor específico.
Se localizan en las espinas dendríticas, dendritas y
soma.
* Dependientes de potencial: Se activan únicamente en
respuesta a variaciones del potencial de membrana. Se
localizan en los axones.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4.2.1. Iniciación del potencial de acción.
El potencial de acción se inicia en el cono axónico donde
se localizan gran cantidad de canales de Na y K
dependientes de potencial.
Como consecuencia de la llegada de un estímulo, el
potencial de membrana de este segmento se vuelve
menos negativo, es decir, sufre una leve
despolarización, lo que origina la apertura de canales
de Na dependientes de potencial, por lo que entra Na,
esta entrada de carga positiva, despolariza aún más la
membrana, por lo que se activan mas canales,
produciéndose un ciclo.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
En realidad, se trata de
retroalimentación positiva.
un
mecanismo
de
Una vez alcanzado un valor de despolarización
denominado umbral, se abren todos los canales de Na,
generándose entonces el potencial de acción.
Si la intensidad del estímulo no es suficiente, no se abren
todos los canales y no existe potencial de acción.
“El potencial de acción sigue la ley del todo o nada”
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4.2.2. Fases del potencial de acción.
Una vez alcanzado el umbral se distinguen las siguientes
fases:
1. Fase de despolarización: El potencial de membrana
se hace cada vez menos negativo e incluso se vuelve
positivo hasta alcanzar un valor máximo denominado
amplitud.
2. Fase de hiperpolarización (repolarización): El
potencial de membrana se vuelve negativo.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4.2.3. Génesis del potencial de acción.
Las diferentes fases del potencial de acción se pueden
explicar considerando el funcionamiento de los canales
dependientes de potencial:
* Cuando la neurona está en reposo, estos canales se
encuentran cerrados.
* Con la llegada del estímulo y la despolarización inicial,
comienzan a abrirse los canales de Na dependientes de
potencial, por lo que se favorece la entrada de Na, el
potencial se hace cada vez más positivo y el Na
prácticamente alcanza el equilibrio.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
* Los canales de Na se cierran y comienzan a
abrirse los canales de K dependientes de
potencial.
* El K comienza a salir, por tanto el potencial de
membrana se vuelve de nuevo negativo
(hiperpolarización).
* No todos los canales de K se cierran al mismo
tiempo. Puede existir una salida mantenida de
K, lo que provoca que el potencial se haga
incluso más negativo que en las condiciones
iniciales.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
4.2.4. Propagación del potencial de acción.
Una vez iniciado el potencial de acción este se va a
propagar por todo el axón sin disminuir su intensidad.
Esta propagación depende de la presencia o ausencia de
mielina:
* Axones amielínicos: Los canales de Na y K se
encuentran distribuidos por todo la superficie, por tanto,
se tiene que despolarizar/repolarizar toda la membrana.
La velocidad es de 0.5 – 2 m/seg.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
* Axones mielínicos: Los canales de Na y K solo se
localizan en los nódulos de Ranvier, por tanto el
proceso de despolarización/repolarización sólo tiene
lugar en esos puntos. La velocidad de transmisión es de
3-120 m/seg.
La velocidad de transmisión también depende del grosor
del axón: >grosor/ >velocidad
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5. Sinapsis.
Charles Sherrington (comienzos del siglo XX) estableció el
concepto de sinapsis para designar una zona
especializada de contacto por el cual una neurona se
comunica con otra. Este concepto ya había sido intuido
anteriormente por Cajal.
5.1. Tipos de sinapsis.
A. Sinapsis de tipo eléctrico: unión física entre las
neuronas mediante uniones de tipo GAP.
B. Sinapsis de tipo químico: Requieren una sustancia
química denominada neurotransmisor.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5.1.1. Sinapsis de tipo químico.
En ellas se diferencian tres elementos:
a. Terminal presináptico.
b. Espacio sináptico.
c. Terminal postsináptico.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Cuando un potencial de acción invade el terminal
presináptico:
1. Activación de canales de calcio dependientes de
potencial.
2. Entrada de calcio a la célula.
3. Fosforilación de la sinapsina que mantiene unidas las
vesículas del neurotransmisor al citoesqueleto de la
neurona.
4. Liberación del neurotransmisor por exocitosis.
5. Difusión del neurotransmisor por el espacio sináptico.
6. Unión del neurotransmisor a receptores específicos
del terminal postsináptico: Nuevo potencial de acción.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5.2.Neurotransmisores.
Para
que
una
sustancia
pueda
considerarse
neurotransmisor debe de cumplir cuatro requisitos:
1. Que se sintetice en la neurona.
2. Que esté presente en el terminal presináptico y se
libere en cantidades suficientes y además ejerza un
efecto definido sobre la neurona postsináptica u órgano
efector.
3. Que su administración exógena en concentraciones
razonables mimetice los efectos endógenos.
4. Que exista un mecanismo de inactivación.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5.2.1. Clasificación de los neurotransmisores.
Clásicamente los neurotransmisores se han clasificado en
función de su estructura química:
a. Monoaminas:
* Acetilcolina (neurotransmisor parasimpatico).
b. Catecolaminas:
* Dopamina (control de movimientos, memoria y
emociones).
* Adrenalina y noradrenalina: Aprendizaje, atención,
sistema nervioso simpático.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
c. Indolaminas:
*Serotonina: control de vigilia, temperatura,
actividad sexual, secreción hormonal, ingesta y
estados de ánimo.
d. Aminoácidos:
* Excitadores: Glutámico y aspártico: funciones
motoras, memoria, vías olfatorias y auditivas.
* Inhibidores: Glicina (tronco y médula espinal) y
GABA (encéfalo).
e. Neuropéptidos: Encefalinas, endorfinas, angiotensina.
f. Otros: NO, Ca
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5.2.2. Receptores de los neurotransmisores.
Se localizan en el terminal presináptico. Se distinguen
fundamentalmente dos tipos:
a. Receptores que forman parte de un canal iónico.
b. Receptores acoplados a un canal iónico a través de
una proteína G y un segundo mensajero.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso
5.2.3. Mecanismos de inactivación.
1. Sistemas enzimáticos específicos localizados en la
membrana
presináptica
y
postsináptica.
Ej.
Acetilcolinesterasa.
2. Recaptación en el terminal presináptico. Ej.
Noradrenalina. El neurotransmisor recaptado es
almacenado de nuevo y reciclado. También pueden
recaptarse los productos de la acción enzimática.
3. Recaptación por células gliales. Ej. ácido glutámico.
La célula glial transforma el Glu en glutamina por la
glutamina sintetasa y así es transferido al terminal
presinaptico donde vuelve a convertirse en Glu.
Tema 2
Organización General del Sistema Nervioso