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COMUNICACIÓN NERVIOSA…….. Conceptos básicos
Neurona, neurotransmisores, receptores, potenciales eléctricos, convergencia,
divergencia, inhibición pre y postsináptica…….
El sistema nervioso se divide en 2 partes: central (SNC)
formado por encéfalo y médula espinal y periférico
(SNP) formado por las neuronas aferentes o sensitivas y
las neuronas eferentes. Los receptores sensitivos
reciben información y la envían al SNC, en donde se
integra y determina si necesita una respuesta.
Organización del sistema nervioso
Encéfalo
Señal
SNC
Neuronas
eferentes
estimula
Neuronas
autónomas
Médula
espinal
estimulan
Se
comunican
con
Receptores
sensitivos
Neuronas
Sensitivas
aferentes
Simpático
Neuronas
motoras
somáticas
Parasimpático
controlan
controlan
Músculo cardíaco
Músculo liso
Glándulas exócrinas, endócrinas
Algo del tejido adiposo
controlan
Señal
Sist.
nervioso
entérico
Tubo digestivo
En caso afirmativo esta
información viaja por las
neuronas eferentes hasta
las células efectoras.
Músculos
esqueléticos
Las neuronas
eferentes se
subdividen en la
división motora
somática que
controla a los
músculos
esquelético y
división autónoma
que controla a
músculo liso,
cardíaco,
glándulas
exócrinas, algunas
endócrinas y algunos
tipos de tejido adiposo. A
la vez las neuronas autónomas se
dividen en ramos simpático y
parasimpático, más sistema
nervioso entérico
Respuestas
tisulares
Las divisiones simpática y parasimpática se distinguen por su organización anatómica y por las sustancias
químicas que utilizan para comunicarse con las células diana. Muchos órganos reciben inervación de
ambas ramas y es frecuente encontrar que estas ejercen un control antagónico sobre un único tejido
diana.
Debemos destacar que funciones encefálicas superiores y complejas como el pensamiento , el sueño y
otras pueden llevarse a cabo sin aferencias ni eferencias ; se llevan a cabo totalmente dentro del SNC.
Tipos de células del sistema nervioso
El sistema nervioso está compuesto fundamentalmente por dos tipos celulares: neuronas ( encargadas de
la comunicación ) y células de sostén ( glía o neuroglía).
Señal
aferente
Dendritas
Cuerpo celular
Núcleo
Cono
axónico
S
I
N
A
P
S
I
S
Vainas de
mielina
.Terminación
presináptica
.Hendidura sináptica
Señal
eferente
.Botón
postsináptico
Neurona
postsináptica
La neurona es la unidad funcional del sistema nervioso. Son
células excitables que generan y transportan señales eléctricas.
Una neurona típica como la presináptica del dibujo tiene un
cuerpo celular y muchas extensiones ( dendritas y axones). La
región donde una neurona se comunica con otra se llama
sinapsis.
Las dendritas reciben señales aferentes y los axones transmiten
señales eferentes hacia el punto diana.
El cuerpo celular ( soma) es el centro de control de la neurona . A
pesar de su pequeño tamaño, el cuerpo celular con su núcleo es
esencial para el correcto funcionamiento de la célula. Si una
neurona es cortada , la sección separada del cuerpo celular
degenera lentamente y muere porque carece de la maquinaria
para elaborar las proteínas esenciales. Si se secciona un axón de
una neurona motora , la degeneración de las partes distales
causa parálisis de los músculos inervados por esa neurona y si lo
mismo ocurre en una neurona sensitiva se produce pérdida de
sensibilidad en la región.
Las neuronas que están completamente dentro del SNC se
conocen como interneuronas.
La neurona y las células musculares son excitables, es decir son capaces de propagar señales eléctricas
en respuesta a un estímulo. Muchas células generan señales eléctricas para iniciar procesos
intracelulares ( por ejemplo: secreción de insulina), pero la capacidad de las neuronas para enviar
señales eléctricas a larga distancia es propia de ellas.
Recordemos que todas las células vivas tienen un potencial de membrana en reposo que es el resultado
de la distribución desigual de los iones a través de la membrana celular.
Na+ , Cl- y Ca² ⁺ están más concentrados en el líquido extracelular (LEC).
K+ está mas concentrado en el citosol.
La membrana en reposo es más permeable al K+ que al Na+ .
Si la membrana aumenta bruscamente su permeabilidad al Na+, este ingresa a la célula y despolariza la
membrana, dando lugar al potencial de acción.
Si la membrana celular bruscamente se vuelve más permeable al K+ , este sale, se pierde carga positiva
y el interior de la célula se vuelve más negativo ( hiperpolarización). La hiperpolarización puede
producirse por pérdida de cargas positivas del interior de la célula o bien por ingreso de cargas negativas
como el Cl-.
¿Cómo cambia la membrana su permeabilidad iónica?
Abriendo o cerrando canales iónicos existentes en la membrana. Existen cuatro tipos de canales iónicos
selectivos en la neurona: Canales de Na+ , de K+. , de Ca² ⁺ y de Cl- .
La facilidad con la cual los iones fluyen a través de un canal se llama conductancia, la cual varía según el
estado de compuerta del canal y la isoforma de la proteína del canal.
Los canales iónicos pueden pasar la mayor parte del tiempo abiertos ( permeables) o pueden tener
compuertas que abren o cierran en respuesta a estímulos particulares.
1.Canales iónicos con compuerta mecánica se encuentran en neuronas sensitivas y se abren en
respuesta e estímulos físicos como presión o estiramiento.
2.Canales iónicos regulados por compuerta química en la mayoría de las neuronas responden a distintos
ligandos como neurotransmisores, neuromoduladores o moléculas señal intracelulares.
3. Canales iónicos regulados por voltaje responden a los cambios en el potencial de membrana en la
célula. No todos los canales se comportan igual; el voltaje umbral o estímulo mínimo varía de un canal a
otro. Cuando hablamos de “canales permeables”, queremos decir que se mantienen abiertos en el rango
de voltajes del potencial de membrana en reposo.
La apertura del canal se denomina activación (permite el pasaje de iones) y el cierre inactivación (impiden el pasaje de iones)
.
Los potenciales de acción se producen cuando se abren
El potencial de acción comienza cuando se
los canales iónicos regulados por voltaje, lo que altera la
produce un aumento transitorio súbito en la
permeabilidad de la membrana al Na+ y al K+.
permeabilidad de la célula al Na+ (2), este ingresa
a la célula y cuando llega al umbral (-55mv) (3) se
siguen abriendo canales de Na+ que fluye al
interior de la célula (despolarización- fase de
crecimiento del potencial ) (4). El interior se
vuelve positivo, y una vez que esto sucede esos
canales se cierran (5). Se abren los canales de K+
que sale de la célula ( repolarización-fase de
caída del potencial de acción)(6) .
Debido a que los canales de K´+ permanecen
abiertos , este sigue abandonando la célula y la
membrana se hiperpolariza. (7) Luego se cierran
los canales de K+ regulados por voltaje (8) y se
recupera la permeabilidad de la membrana en
reposo (9). Finalmente la acción de la Na+-K+
ATPasa ( conocida como la bomba de Na+-K+)
contribuye al restablecimiento de los iones a
ambos lados de la membrana.
Umbral
p
e
r
m
e
a
b
i
l
i
d
a
d
Reposo
i
ó
n
i
c
a
Crecimiento
Caída
Poshiperpolarización
Reposo
Movimiento iónico durante el potencial de acción
Fase de Crecimiento
Pico
Fase de Caída
entra
en la
célula
Las compuertas de
activación de los
canales de Na+ se
abren rápidamente
dispara
Ciclo de
retroalimentación ++
Para detener el ciclo la
compuerta de
inactivación del Na+ se
cierra.
Más despolarización
Despolarización
Los canales
lentos de K+ se
abren
Sale
de
la
célula
Repolarización
Canales
de Na+
y K+
Ambos
canales
cerrados
Canal
es de
Na+
se
abren
Los canales de Na+ se cierran y los
de K+ se abren
Período refractario absoluto
Los canales de Na+ retornan a la posición
original y los de K+ permanecen abiertos
Ambos
canales
cerrados
Período refractario relativo
Potencial de
acción
E
x
c
i
d
t
a
a
d
b
i
l
i
Máxima
Máxima
No hay excitabilidad
Una vez que ha comenzado un
potencial de acción no se puede
disparar un segundo potencial
de acción durante unos 2 m/seg,
no importa cuan grande sea el
estímulo. Este período se llama
período refractario absoluto y
representa el tiempo para que
las compuertas de Na+ retornen
a su posición de reposo. Esto
asegura que no se vuelva a
producir un segundo potencial
de acción antes que haya
terminado el primero.
A este lo sigue el período
refractario relativo, en el cual
para volver a disparar un
potencial de acción se necesitan
estímulos muy fuertes que
permiten la apertura de canales
de Na+ que se habían cerrado y
el resultado será un potencial
más pequeño que lo normal.
Los períodos refractarios limitan
la velocidad con la cual se
pueden transmitir señales a
través de una neurona.
Distintas sustancias químicas alteran la conducción de los potenciales de acción al unirse a los canales
de Na+, K+ o Ca²⁺ en la membrana de la neurona. Por ejemplo algunas neurotoxinas y algunos
anestésicos locales son capaces de bloquear estos canales y por lo tanto impiden la despolarización.
Las alteraciones en las concentraciones de K+ y deCa²⁺ son capaces de alterar la actividad eléctrica.
La hiperpotasemia
( concentración sanguínea de
K+ aumentada), lleva a la
membrana más cerca del
umbral . Entonces un estímulo
que normalmente sería
subumbral puede disparar un
potencial de acción.
La hipopotasemia
( concentración sanguínea de
K+ disminuida) hiperpolariza
la membrana y reduce la
probabilidad de que la
neurona dispare un potencial
de acción en respuesta a un
estímulo.
Umbral
Umbral
Estímulo
Estímulo
Comunicación intercelular en el sistema nervioso
La información pasa de una célula a otra a través de las sinapsis. Cada sinapsis está constituida por:
1) Terminal axónica de la célula presináptica y 2) la membrana de la célula postsináptica . Las células
postsinápticas pueden ser neuronas o células no neuronales.
Las sinapsis pueden ser eléctricas o químicas . En las primeras la señal eléctrica pasa desde el
citoplasma de una célula a otra a través de uniones en hendidura. Su principal ventaja es la rápida
conducción de señales. Se encuentran principalmente en el SNC , en las células de la glía, músculos
cardíaco y liso y en células no excitables como las células beta del páncreas.
Sinpasis químicas: son la gran mayoría
en el sistema nervioso, utilizan
neurotransmisores que cruzan la
hendidura sináptica y se unen a su
receptor en la célula postsináptica
abriendo o cerrando canales o
activando una vía de segundos
mensajeros.
Axón de la
neurona
presináptica
Mitocondria
Terminal axónica
Vesículas sinápticas
Neurona
Neurona
postsináptica
postsináptica
Hendidura
sináptica
Sitios
receptores
Neurotransmisor
Membrana
postsináptica
Eventos en una sinapsis
11.
Potencial de
acción
Un potencial de acción despolariza la
terminación axónica.
22. La despolarización abre los canales de Ca²⁺
regulados por voltaje y el Ca²⁺ entra en la célula.
Terminal
axónica
33.. La entrada de calcio dispara la exocitosis
Vesículas
sinápticas
del contenido de la vesícula sináptica.
44. El neurotransmisor difunde a través de la
hendidura sináptica y se une con
receptores sobre la célula postsináptica.
55. La unión del neurotransmisor inicia una
respuesta en la célula postsináptica.
Canales de Ca²⁺
regulados por
voltaje
Proteína de
anclaje
Célula
postsináptica
Respuesta
celular
Terminación
Cuando un neurotransmisor se combina
axónica
con su receptor puede producir una
presináptica
respuesta simple y rápida como es la de
abrir un canal-receptor y por lo tanto un
movimiento iónico: potencial
Potencial sináptico lentos
Potencial sináptico
Neurotransmisor
postsináptico rápido
y efectos prolongados
rápido y de acción corta
( comienza rápidamente y solo dura
Receptor asociado
milisegundos)
Canal iónico rápido y
a la proteína G
Si es despolarizante se
de acción corta
denomina potencial
postsináptico excitatorio
(PPSE) y si es hiperpolarizante
se lo llama inhibitorio (PPSI),
porque la hiperpolarización
aleja el potencial de
Célula
membrana del umbral y
Modifica el estado
postsináptica
Vía de segundos
reduce la probabilidad de que
abierto de los canales
mensajeros
activada
la célula dispare un potencial
iónicos
de acción.
En las respuestas
postsinápticas lentas los
Modifica las
Los canales iónicos
Los canales iónicos
neurotransmisores se unen a
se cierran
se abren
proteínas existentes
receptores asociados a
o regula la síntesis
proteínas G ligados a
de nuevas proteínas
Menos
Menos
sistemas de segundos
Más Na+
Más K+ afuera
K+
Na+
mensajeros que tardan más
adentro
o Cl- adentro
afuera
adentro
en crear una respuesta y esta
es más duradera. Las
Respuesta
PPSE=
PPSE=
PPSI=
respuestas postsinápticas
intracelular
despolarización
despolarización
hiperpolarización
lentas no solo afectan la
coordinada
excitatoria
excitatoria
inhibitoria
apertura de canales iónicos,
sino que también pueden modificar proteínas celulares
existentes o regular la producción de nuevas proteínas
celulares.
Las neurocrinas son moléculas señal que liberan las neuronas. Su composición química es variada y pueden
funcionar como neurotransmisores, neuromoduladores o neurohormonas.
Los neurotransmisores y neuromoduladores actúan como señales paracrinas y sus células diana están
localizadas cerca de la neuronas que los secreta.
En cambio, las neurohormonas son secretadas en la sangre y se distribuyen en todo el cuerpo.
Los neurotransmisores actúan en una sinapsis y producen una respuesta rápida .
Los neuromoduladores actúan en sitios sinápticos como no sinápticos y tienen acción más lenta. Algunos
neuromoduladores y neurotransmisores también actúan sobre la célula que los secreta , lo que los
convierte en señales autocrinas y paracrinas. Las neurocrinas pueden agruparse en 7 clases:
Acetilcolina
Aminas
•Dopamina
•Noradrenalina
•Adrenalina
•Serotonina
Aminoácidos
•Glutamato
•Aspartato
•GABA
•Glicina
Péptidos
•Sustancia P
•Opioides
( encefalinas y
endorfinas)
•Colecistocinina (
CCK)
•Vasopresina
•Péptido
natriurético
atrial
Purinas
•Adenosina
•Adenosinmonofosfato
(AMP)
Gases
Lípidos
•Oxido nítrico
•Eicosanoides
(son ligandos
endógenos para
receptores
cannabinoides)
Todos los neurotransmisores, menos el óxido nítrico tienen uno o más tipos de receptores a los cuales se
unen, y cada tipo de receptor puede tener varios subtipos, lo cual le permite a cada neurotransmisor
ejercer diferentes efectos en diferentes tejidos,
R. colinérgicos
Nicotínicos
La nicotina es su agonista.
Se encuentran en músculo
esquelético, en la sinapsis
ganglionar del sistema
nervioso autónomo (SNA)
y en SNC. Son receptores
canales catiónicos
monovalentes a través de
los que pueden pasar Na+
y K+. La entrada de Na+ en
la célula supera a la de K+
porque el gradiente
electroquímico para el
Na+ es mayor. En
consecuencia despolariza
a la célula postsináptica y
dispara el potencial de
acción.
Muscarínicos
La muscarina
( sustancia hallada en
los hongos) es su
agonista. Estos
receptores se
encuentran en la
sinapsis efectora de la
división parasimpática
del SNA y en el SNC.
Hay 5 subtipos de
receptores
muscarínicos; todos
asociados con la
proteína G . La
respuesta tisular varía
según el subtipo de
receptor al cual el
neurotransmisor se
une.
R. adrenérgicos
Alfa (α)
Beta (β)
Cada uno tiene varios subtipos . Están asociados a
la proteína G y actúan a través de segundos
mensajeros. Se encuentran en la sinapsis efectora
de la división simpática del SNA
Una característica de la señalización neural es su corta duración, que se logra gracias a la rápida eliminación
e inactivación del neurotransmisor en la hendidura sináptica. Esto se puede ver en el siguiente dibujo:
Los neurotransmisores pueden
ser retornados a las
terminaciones axónicas para
ser reutilizados o
transportados hacia el interior
de las células de la glía.
Célula
presináptica
Vesícula
sináptica
Las enzimas inactivan a los
neurotransmisores
Célula
de la
glía
Sangre
Enzima
Célula Postsináptica
Los neurotransmisores
pueden difundir fuera de la
hendidura sináptica
La comunicación entre las neuronas casi nunca es un acontecimiento uno a uno.
a) En una vía divergente, una neurona presináptica
se ramifica para afectar una cantidad mayor de
neuronas postsinápticas.
b) En una vía convergente, muchas neuronas
presinápticas convergen para influir en una cantidad
menor de neuronas postsinápticas.
Cuando dos o más neuronas presinápticas convergen sobre las
dendritas o el cuerpo celular de una única célula postsináptica , la
respuesta de la célula postsináptica está determinada por la suma
de los estímulos de las neuronas presinápticas: Suma espacial
Suma temporal: la suma de estímulos subumbrales próximos en el tiempo son capaces de producir un potencial de acción.
a. En la inhibición presináptica, una neurona moduladora hace sinapsis sobre una colateral de la neurona presináptica e
inhibe selectivamente un punto diana.
Neurona inhibitoria
No se libera neurotransmisor
Célula diana
Terminal axónica
presináptica
Sin respuesta
Neurona
excitatoria
Respuesta
Potencial de acción
Neurotransmisor liberado
Respuesta
Una neurona excitatoria
dispara
Se genera un potencial
de acción
Una neurona inhibitoria dispara y
bloquea la liberación de
neurotransmisor en una sinapsis
b. En la inhibición postsináptica todos los puntos diana serán inhibidos por igual.
La neurona inhibitoria modula la señal
Sin
respuesta
Neurona
excitatoria
1. Una neurona excitatoria y
una inhibitoria disparan
Sin
respuesta
2. La señal modulada se
encuentra por debajo del
umbral
3. No se inicia ningún potencial
de acción en la zona gatillo
Sin
respuesta
4.. No ocurre ninguna
respuesta en ninguna célula
diana
Como siempre decimos, esto es una parte del todo!
Este material está basado en la lectura del siguiente libro:
Fisiología Humana. Un enfoque integrado. Silverthorne. 4º ed. Año 2008. Edit.
Panamericana
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