Estructura microscópica del SNC• Neurona: Estructura básica

– Unidad elemental de procesamiento y transmisión de la información en el SN

– Núcleo: Rodeado por la membrana nuclear– En su interior se localizan el nucleolo y los

cromosomas – El nucleolo fabrica ribosomas (estructuras

relacionadas con la síntesis de proteínas– Cromosomas son largas hebras de DNA– Activación de porciones determinadas de

estos (genes) origina la síntesis del ARNm– El ARNm recibe una copia de la información

almacenada en los genes– El ARNm atraviesa la membrana nuclear y

se une a los ribosomas donde se producen proteínas específicas

– Las proteínas tienen función estructural– Actúan como enzimas que dirigen los

procesos químicos de la célula– Citoplasma: sustancia gelatinosa que

llena el espacio determinado por la membrana

– Contiene pequeñas estructuras especializadas:• Mitocondria: Obtención de energía para los

procesos de la neurona• Proporciona adenosin trifosfato (ATP) a la

célula

• Retículo endoplasmático: Cisterna de almacenamiento

• Canal para el transporte de sustancias químicas a través del citoplasma

• Aparece de dos formas: rugoso y liso• El rugoso contiene ribosomas. Las proteínas

producidas son utilizadas en la membrana o en el exterior de la célula

• Aparato de Golgi: Tipo especial de retículo endoplasmático

• Ensambla moléculas más complejas• Produce lisosomas, pequeños sacos que contienen

enzimas que degradan sustancias de desecho

Quinesina

Dineína

MICROTÚBULO

NEUROFILAMENTO

Células de soporte Las neuronas no son capaces de almacenar

nutrientesAstrocitos o astroglía• Proporcionan alimento a las neuronas• Rodea las neuronas minimizando la

dispersión del neurotransmisor• Limpian los desechos de neuronas muertas

mediante el proceso de fagocitosis• Una vez eliminado, forman un entramado que

llena el espacio vacío y cicatriza el área

Los astrocitos toman glucosa de los capilares, lo degradan a lactato y lo liberan al fluido extracelular que rodea a las neuronas que lo incorporan y transportan a las mitocondrias para utilizarlo como fuente de energía

• Oligodendrocitos• Se localizan únicamente en el SNC• Proporcionan soporte a los axones• Producen las vainas de mielina que aislan a

los axones entre sí• La mielina forma un tubo segmentado que

rodea al axón• Cada segmento mide aproximadamente 1mm• Entre ellos hay pequeños espacios no

recubiertos (1-2 mm): Nódulos de Ranvier

• Un único oligodendrocito forma varios segmentos de mielina

• Durante el desarrollo se enrollan a lo largo del axón produciendo capas de mielina

• Células de Schwann• Dan soporte a los axones y producen mielina

en el SNP• La vaina de mielina en el SNP tambien es

segmentada• Cada segmento consiste en una única c{elula

de Schwann enrollada varias veces alrededor del axón

• Sirven como guía para los axones nuevos en caso de daño favoreciendo los brotes que permitan la recuperación funcional

• Microglía• Células gliales de menor tamaño• Actúan como fagocitos ingiriendo neuronas

muertas• Protegen al cerebro de microorganismos

invasores• Producen respuestas inflamatórias en

respuesta al daño cerebral

Comunicación Intraneuronal• Conducción desde el cuerpo celular a lo largo

del axón hasta los botones terminales para que estos liberen la sustancia neurotransmisora

• Potencial de acción: Alteraciones en la membrana del axón que permiten que diferentes sustancias químicas se muevan entre el interior del axón y el fluido que lo rodea produciendo corrientes eléctricas

• Electrodo 1: Alambre colocado en el agua de mar donde se encuentra sumergido el axón: Medio extracelular

• Electrodo 2: Electrodo de metal o vidrio suficientemente delgado (micrómetros) como para atravesar la membrana sin dañarla. Microelectrodo. Medio intracelular

Al introducir los electrodos en los medios extra e intracelular se identifica que el interior del axón está cargado negativamente con respecto al exterior. Diferencia de 70 mV

• El interior de la membrana es de –70mV. Esta diferencia de carga eléctrica se denomina potencial de membrana

• Este potencial se refiere a una fuente de energía almacenada que produce el movimiento de la aguja de un multímetro

• Cambios demasiado breves de potencial de membrana: osciloscópio

• Instrumento que mide voltajes a lo largo del tiempo, produciendo una gráfica que aparece en una pantalla.

• La medición del voltaje en el interior de la membrana produce una línea recta horizontal de –70mV potencial de reposo

• Alteración de ese potencial a través de estimulación eléctrica del axón produce una despolarización

Potencial de membrana• Carga eléctrica resultado del balance entre dos

fuerzas opuestas: la difusión y la presión electrostática

• Difusión: Distribución homogenea de moléculas en un medio. En ausencia de fuerzas o barreras, esta distribución se da de regiones de alta concentración hacia regiones de baja concentración

• Las moleculas estan en constante movimiento en velocidad proporcional a la temperatura forzando el movimiento de las moléculas

• Presión electrostática: Sustancias de cargas diferentes tienden a disociarse según su carga electrolitos

• Partículas de esas sustancias cargadas electricamente en que se disocian iones

• Cationes: Iones con carga positiva• Aniones: Iones con carga negativa

• Iones con cargas iguales se repelen• Iones con cargas diferentes se atraen

• La fuerza ejercida por esta atracción o repulsión es la presión electrostática

Iones más importantes

• Aniones orgánicos (A-): Proteínas cargadas negativamente y productos intermedios de procesos metabólicos. Únicamente en el fluido intracelular

• Iones de Cloro (Cl-)• Iones de sodio (Na+) natrium

• Iones de potasio (K+) kalium: Medio intracelular

Medio extracelularAgua de mar

• A- : Demasiado grande para atravesar la membrana del axón

• K+ : Concentrado en el interior del axón. Por difusión tiende a salir. Por presión electrostática el exterior más positivo tiende a dejarlo dentro: Equilibrio de fuerzas

• Cl- : Mayor concentración fuera del axón. Por difusión tiende a entrar. Por presión electrostática tiende a salir: Equilibrio de fuerzas

• Na+ : Mayor concentración fuera del axón. Por difusión tiende a entrar. La carga negativa del interior del axón atrae la entrada del sodio

• El sodio permanece en mayor concentración en el fluido extracelular a pesar de la influencia de la fuerza de difusión y de la presión electrostática por la acción de la bomba de sodio-potasio

• Mecanismo de transporte activo (con gasto de ATP) que expulsa continuamente el Na+ del axón.

• Moléculas protéicas individuales localizadas en la membrana

• Intercambian Na+ por K+ expulsando tres iones de sodio y entrando dos de potasio

• La membrana es más permeable al potasio que al sodio (100 veces más)

• La bomba mantiene baja la concentración intracelular de sodio

• La bomba utiliza más del 40% de los recursos metabólicos de la neurona

• La mayor parte de las células del organismo tienen transportadores de sodio-potasio en sus membranas

Potencial de acción• Causado por una caida breve en la

resistencia de la membrana al sodio lo que les permite entrar libremente a la célula

• Caída transitoria de la resistencia de la membrana al potasio lo que les permite salir de la célula

• Las proteínas que flotan en la membrana lipídica forman canales iónicos que son vías para la entrada y salida de iones

Conducción del potencial de acciónMovimiento del mensaje a lo largo del axón

Tamaño constante

Ley de todo o nada:

Una vez se desencadene el potencial de acción, éste se transmite a lo largo del axón hasta su extremo conservando siempre el mismo tamaño.• Puede viajar a lo largo del axón en cualquier dirección• O incluso en ambas direcciones si empieza en un punto intermedio de su longitud• Sin embargo, normalmente comienzan en el extremo del axón unido al soma (cono axónico) conduciendo en un sólo sentido

• La conducción de los potenciales se da a través de los Nódulos de Ranvier (separación entre las vainas de mielina)

• El único lugar en que el axón tiene contacto con el líquido extracelular

• En las regiones cubiertas por mielina, la información viaja siguiendo las propiedades de cable.

• El cambio en el potencial va disminuyendo, pero al llegar al siguiente nódulo de Ranvier, desencadena un potencial de acción

Conducción saltatoria

Ventajas de la conducción saltatoria• Es más económica, pues el equilibrio del Na+

solamente se debe hacer en los nódulos de Ranvier y no en el axón entero

• La comunicación a través de las vainas de mielina (siguiendo las proipiedades de cable) es muy rápida. A mayor velocidad de conducción mayor velocidad de respuesta en situaciones de peligro y mayor velocidad de pensamiento

CONCEPTO DE TRANSMISIÓN QUÍMICA

Transmisión entre las células dada utilizando sustancias químicas (neurotransmisores, neuromoduladores y hormonas) que controlan la conducta de las células, de los órganos y de los individuos

• Células capaces de liberar la sustancia química• Moléculas protéicas especializadas que las

detecten

• Los neurotransmisores son liberados por los botones terminales y detectadas por receptores situados en la membrana de otra célula localizada a poca distancia

• Los neuromoduladores viajan más lejos y se dispersan más. También son liberados de botones terminales pero en mayor cantidad

• La mayoria de las hormonas son secretadas por órganos especiales llamados glándulas endocrinas y viajan a través de la corriente sanguínea

• Los tres tipos de sustancias transmisoras ejercen sus efectos sobre las células uniéndose a una región específica llamada lugar de unión (binding site)

• La molécula de transmisor encaja en el lugar de unión de la misma forma que una llave en una cerradura. La forma del lugar de unión y la de la molécula transmisora son complementarias

• Esta sustancia que se une se denomina ligando (neurotransmisores, neuromoduladores y hormonas son ligandos naturales

• Membrana presináptica• Membrana postsináptica• Espacio sináptico (brecha o hendidura

sináptica)• Vesículas sinápticas

– Pequeñas: Neurotransmisor– Grandes: Neuromodulador

• Localizadas cerca de la zona de liberación• Producidas en el soma (aparato de Golgi)

Activación de los receptores

• Unión de los neurotransmisores con los receptores postsinápticos

• Esos receptores abren uno o más canales iónicos controlados por neurotransmisor

• Permiten la entrada de iones a la célula

• Cambio del potencial de membrana local

Apertura de los canales iónicos1. Mecanismo directo: Cuando una molécula de

neurotransmisor abre un canal iónico: receptor ionotrópico

2. Mecanismo indirecto: Apertura del canal iónico por acción de la proteína G: receptor metabotrópico

Potenciales postsinápticos

Los potenciales postsinápticos pueden ser despolarizantes (excitatorios) o hiperpolarizantes (inhibitorios)Lo que determina la naturaleza de estos potenciales son las características de los receptores postsinápticos: El tipo específico de canal iónico que abren

Tipos principales de canales iónicos dependientes de neurotransmisores

• Sodio (Na+): Fuente principal de los potenciales excitatórios postsinápticos (PEP)• Potasio (K+): Su salida hiperpolariza la célula produciendo un potencial inhibitório postsináptico (PIP)• Cloro (Cl-): Neutralizador de PEPS• Calcio (Ca2+): Produce PEPS y promueve la fusión de las vesículas sinápticas

Finalización de los potenciales postsinápticos

Breves despolarizaciones o hiperpolarizaciones que se producen como consecuencia de la activación de los receptores postsinápticos por moléculas de sustancia neurotransmisora. Su duración depende de dos mecanismos:

• Recaptación• Inactivación enzimática

NEUROTRANSMISORES Y NEUROMODULADORES

• Existe un equilibrio entre los inputs inhibitorios (GABAérgicos) y los excitatorios (glutamatérgicos)• Con excepción de las neuronas que transmiten el dolor, los órganos sensoriales transmiten la información al cerebro utilizando glutamato• Los otros NT tienen efectos moduladores

Acetilcolina (ACh)• Modula los movimientos musculares y las

actividades de los ganglios del sistema autónomo y de los órganos diana de la rama parasimpática del SNA

• Las sinapsis colinérgicas están distribuidas ampliamente por el cerebro y su efecto es facilitador– Protuberancia dorsolateral: sueño paradójico– Prosencéfalo basal: Activación cortical. Az– Núcleo septal medial: Actividad eléctrica del

hipocampo

• Dos tipos de receptores colinérgicos:

– Nicotínicos (ionotrópicos)– Muscarínicos

(metabotrópicos)

MONOAMINAS

• Neurotransmisores con una estructura molecular semejante:

– Dopamina– Noradrenalina– Adrenalina

– Serotonina

Catecolaminas

Indolaminas

Dopamina

• Produce potenciales postsinápticos excitatorios e inhibitorios según el receptor postsináptico

• Implicada en funciones como el movimiento, la atención, el aprendizaje y efectos reforzantes

Síntesis de la dopamina a partir del precursor Tirosina

• Receptores Dopaminérgicos– Por lo menos cinco receptores DA, todos

metabotrópicos– Los más corrientes D1 y D2– Los D1 son exclusivamente postsinápticos– En el cerebro los D2 pueden ser pre o

postsinápticos– Estimulación de receptores D1 aumenta

producción del segundo mensajero AMP cíclico

– La estimulación de receptores D2, D3 y D4 la disminuyen

• Anfetamina, cocaína y metilfenidato funcionan como agonistas DA al inhibir la recaptación

• Anfetamina: Promueve la liberación de NA y DA invirtiendo la función de los transportadores de membrana

• La cocaína es utilizada como anestésico local por bloquear canales de Na+ voltaje-dependientes

• El metilfenidato (Ritanserina o Ritalin) se utiliza para el tratamiento de trastornos atencionales inhibiendo la recaptación de monoaminas

• Los botones terminales catecolaminérgicos tienen una enzima llamada monoaminoxidasa (MAO)

• Esta enzima elimina el exceso de NT

• El fármaco deprenil destruye la MAO de los botones terminales dopaminérgicos

• Aumenta la liberación de dopamina: Agonista

Adrenalina

• Se encuentra en neuronas del SN autónomo

• La adrenalina es una hormona producida por la glándula suprarrenal.

• En el cerebro actúa como sustancia transmisora, pero es menos importante que la NA

Noradrenalina (NA)

• La etapa final de la síntesis de NA ocurre en la vesícula sináptica

• Se llenan primero de DA. Allí la DA se convierte en NA por acción enzimática

• El ácido fusárico inhibe esta enzima => bloque la síntesis de NA pero no de DA: Antagonista

• La moclobemida bloquea la MAO específica para la NA: Agonista

Síntesis de la noradrenalina a partir de la dopamina

• Receptores NA– Sistema Nervioso Central (receptores b1 y b2-adrenérgicos y a1 y a2-adrenérgicos)

– Todos los autoresceptores parecen ser de tipo a2. Son metabotrópicos

– Modulan estado de vigilia, conducta sexual y hambre.

Serotonina (5-HT)

• Regulación de estados de ánimo, control de ingesta, sueño, alerta y regulación del dolor

• Las neuronas 5-HT se originan en los núcleos del rafe dorsal y medial

Síntesis de la serotonina a partir del precursor Triptófano.

• Han sido identificados por lo menos siete tipos diferentes de receptores 5-HT: (5-HT1A-1B,5-HT1D-1F, 5-HT2A-2C y 5-HT3)

• Los fármacos que inhiben la recaptación de 5-HT por las MAO son utilizados en el tratamiento de los trastornos mentales: Agonistas

• El más popular es la fluoxetina (Prozac) que se utiliza para el control de la depresión, trastornos de ansiedad y algunos trastornos obsesivo-compulsivos

• La fenfluramina aumenta la liberación de 5-HT e inhibe su recaptación se utiliza como supresor del hambre en el control de la obesidad

• El LSD, agonista directo de receptores 5-HT2

en el prosencéfalo produce distorsiones de la percepción

Aminoácidos

El SNC posee aminoácidos simples que funcionan como neurotransmisores. Los más importantes de ellos:

• Glutamato

• Ácido gamma-aminobutírico (GABA)

• Glicina

Glutamato

• Principal sustancia transmisora excitatoria del cerebro y de la médula espinal

• No hay forma de inactivar su síntesis sin afectar otras actividades celulares

• Se han descrito cuatro receptores diferentes de glutamato. Tres ionotrópicos (receptores NMDA, AMPA y kainato) y uno metabotrópico

Los receptores AMPA y kainato modulan canales de Na+ (producen PEPSs)

El receptor NMDA es complejo, con siete lugares de unión diferentes. Dependiente de voltaje y NT

PCP (fenciclidina): actúa como antagonista indirecto obstruyendo la entrada de iones de calcio

Produce alteración de la imagen corporal, sentimientos de aislamiento y soledad, desorganización cognoscitiva, somnolencia y apatía, negativismo y hostilidad, sentimientos de euforia y embriaguez y estado semejante al de los sueños

GABA

• Se sintetiza a partir del ácido glutámico• La alilglicina bloquea las enzimas de síntesis• El GABA es neurotransmisor inhibitorio (PIPs)• Se conocen dos receptores (GABAA y GABAB)• GABAA (ionotrópico) controla canal de Cl-• GABAB (metabotrópico) controla canal de K+

Los receptores de GABAA son complejos y constan al menos de cinco lugares de unión

• Muscimol se une al lugar del GABA. Agonista directo

• Bicuculina bloquea este mismo lugar. Antagonista directo

• Benzodiacepinas: fármacos tranquilizantes (Valium, Librium, etc). Se utilizan para reducir la ansiedad, promover el sueño, reducir la actividad convulsiva y relajar los músculos

• Probablemente el alcohol se une a este mismo lugar