Células del Sistema Nervioso: Función y Morfología

Células del Sistema Nervioso: Función y Morfología

• Las neuronas y las células gliales son las células principales del sistema nervioso. Las neuronas son responsables de la transmisión de señales eléctricas, mientras que las células gliales, que incluyen oligodendrocitos, astrocitos y microglía, tienen roles esenciales en el soporte, protección y funcionamiento general del cerebro y la médula espinal. Se estima que hay aproximadamente diez veces más células gliales que neuronas en el cerebro humano, lo que resalta su importancia en la función neurobiológica.
• La membrana neuronal separa el fluido intracelular del extracelular, manteniendo un ambiente interno controlado necesario para el funcionamiento adecuado de las neuronas. Esta barrera selectiva permite el paso regulado de iones y moléculas, crucial para los procesos de excitación e inhibición neuronal.
• La membrana es una doble capa lipídica con proteínas insertadas, incluyendo canales iónicos y proteínas de señalización. Los canales iónicos son específicos para diferentes iones, como el sodio (Na+), el potasio (K+), el calcio (Ca2+) y el cloro (Cl-), permitiendo que suicidan en respuesta a cambios en el potencial eléctrico de la membrana, lo cual es fundamental para la generación de potenciales de acción.
• Los canales controlan el intercambio intra y extracelular. Este intercambio es esencial no solo para la función eléctrica de las neuronas, sino también para la homeostasis celular y el metabolismo, al asegurarse de que las concentraciones de iones y otras moléculas se mantengan dentro de rangos óptimos.

Neuronas y Células Gliares

• Las neuronas se clasifican en diferentes tipos según su estructura y función. Por ejemplo, las neuronas sensoriales transmiten impulsos desde los órganos sensoriales hacia el sistema nervioso central, mientras que las neuronas motoras llevan señales desde el sistema nervioso hacia los músculos. Otros tipos de neuronas, como las interneuronas, conectan neuronas dentro del CNS, desempeñando un papel importante en la integración de la información.
• Las células gliales asisten a las neuronas en diversas funciones, como el apoyo estructural y metabólico. Los astrocitos, por ejemplo, están involucrados en la regulación del entorno extracelular, el transporte de nutrientes y la formación de la barrera hematoencefálica. Por otro lado, los oligodendrocitos forman la vaina de mielina que aísla los axones, facilitando la rápida conducción de los impulsos eléctricos.

Señales Eléctricas en Neuronas

• Potencial de Reposo: El interior de una neurona en reposo presenta carga negativa respecto al exterior (-70 mV aproximadamente). Esta polarización es fundamental para la excitabilidad neuronal y se logra gracias a la distribución desigual de iones entre el interior y el exterior de la célula, así como a la actividad de la bomba de sodio-potasio, que transporta iones Na+ hacia el exterior y K+ hacia el interior.
• Potencial de Acción: Es la señal eléctrica que se propaga a través del axón. Representa una inversión temporal del potencial de membrana (de -70 mV a +30 mV aproximadamente). Este fenómeno ocurre cuando los canales de sodio dependientes del voltaje se abren en respuesta a un estímulo, permitiendo la entrada masiva de iones Na+ y provocando la despolarización de la membrana. Este evento es clasificado como "todo o nada" porque una vez que se alcanza un umbral específico, el potencial de acción se produce siempre frente a un estímulo adecuado.
• Conducción del Potencial de Acción: En axones mielinizados, la conducción es "saltatoria" en los nódulos de Ranvier, que son segmentos donde la mielina está ausente. Esto permite que el potencial de acción "salte" de un nódulo a otro, aumentando la velocidad de transmisión neuronal hasta 100 veces más que en axones no mielinizados, donde el potencial de acción se propaga de manera continua a lo largo de toda la membrana axonal.

Transmisión Sináptica

• Sinapsis: Son los puntos de contacto entre neuronas para la comunicación, permitiendo la transmisión de señales, ya sean excitadoras o inhibitorias. Esta comunicación es esencial para la integración de la información en el sistema nervioso, facilitando la coordinación de respuestas a estímulos del entorno.
• Sinapsis Química: La comunicación entre neuronas se realiza mediante la liberación de neurotransmisores en la hendidura sináptica. Tras la llegada del potencial de acción a la terminal sináptica, los neurotransmisores son liberados desde las vesículas sinápticas hacia la hendidura, donde se difunden hacia los receptores en la membrana postsináptica.
• Proceso de Transmisión Sináptica:
  • Síntesis y almacenamiento del neurotransmisor, donde los neurotransmisores pueden ser de diferentes tipos: pequeños (como los aminoácidos) o grandes (como los neuropéptidos) y se almacenan en vesículas sinápticas.
  • Liberación en la hendidura sináptica mediante exocitosis, un proceso que es impulsada por la entrada de iones Ca2+ a través de canales de calcio activados por el potencial de acción.
  • Unión a receptores postsinápticos, donde los neurotransmisores se acoplan a receptores específicos que pueden ser ionotrópicos o metabotrópicos, iniciando una respuesta celular.
  • Terminación de la señal, que puede ocurrir por degradación (enzimas que descomponen los neurotransmisores) o recaptación, donde existen transportadores que recapturan los neurotransmisores liberados para su reutilización.
  • Integración neuronal, que implica la sumación espacial (neurotransmisores provenientes de diferentes sinapsis) y temporal (neurotransmisores liberados en el mismo lugar pero en diferentes momentos) para determinar si se alcanzará el umbral para generar un nuevo potencial de acción.

Receptores Postsinápticos

• Receptores Ionotrópicos: Son canales iónicos que se abren directamente al unirse con el neurotransmisor. Esto genera cambios rápidos en el potencial de membrana, resultando en potenciales postsinápticos excitatorios (PEPs), que facilitan la generación de un potencial de acción, o inhibitorios (PIPs), que dificultan su ocurrencia.
• Receptores Metabotrópicos: Estos receptores son más complejos y su activación desencadena una serie de reacciones intracelulares a través de segundos mensajeros. Los efectos de estos receptores son más lentos que los de los receptores ionotrópicos, pero pueden ser más duraderos y modulares, afectando así la excitabilidad de la neurona a largo plazo.

Tipos de Neurotransmisores

• Acetilcolina, Aminas Biógenas, Aminoácidos, Neuropéptidos son diversos tipos de neurotransmisores. La acetilcolina es crucial en procesos como la contracción muscular y la memoria. Las aminas biógenas incluyen neurotransmisores como la dopamina, la serotonina y la norepinefrina, que están involucrados en la regulación del estado de ánimo, el sueño y otras funciones esenciales del comportamiento. Los aminoácidos, como el glutamato y el GABA, son neurotransmisores excitadores e inhibidores, respectivamente, y juegan un papel fundamental en la plasticidad sináptica. Los neuropéptidos, como las endorfinas, son importantes en funciones relacionadas con el dolor y la modulación emocional.

Potencial de Acción - Fases

• Despolarización: Este proceso es iniciado por la apertura de canales de sodio dependientes del voltaje, lo que permite una rápida entrada de iones Na+ al interior celular, nuevamente cambiando el potencial a valores más positivos.
• Repolarización: Posteriormente, la apertura de canales de potasio dependientes del voltaje permite la salida de iones K+, restituyendo el potencial negativo de la membrana y llevando a la neurona de vuelta a su estado de reposo.
• Hiperpolarización: Como consecuencia de la salida de K+, el potencial de membrana puede llegar a ser más negativo que el potencial de reposo, un fenómeno conocido como hiperpolarización, antes de que eventualmente regrese a su estado de equilibrio.
• Periodo Refractario: Este periodo es crítico para garantizar que la señal neuronal sea unidireccional. Se divide en dos fases: el periodo refractario absoluto, donde no puede generarse ningún potencial de acción, y el periodo refractario relativo, donde se necesita un estímulo más fuerte para desencadenar otro potencial de acción debido a que la neurona está en un estado de reposo alterado.

Potencial de Membrana en Reposo

• El potencial de membrana en reposo es el resultado de la interacción entre fuerzas de difusión, que son impulsos químicos, y la presión electrostática sobre iones (Na+, K+, Cl- y aniones orgánicos). Este equilibrio es fundamental para mantener la estabilidad eléctrica de la neurona.
• La membrana es más permeable a K+ en estado de reposo, lo que contribuye a que el interior de la célula sea más negativo, esto se debe a que, en condiciones normales, hay una mayor concentración de K+ en el interior de la célula que en el exterior.
• La bomba de sodio-potasio es un mecanismo clave que ayuda a mantener los gradientes de iones Na+ y K+, funcionando a través de un transporte activo. Esta bomba transporta tres iones de Na+ fuera de la celda y dos iones de K+ hacia el interior, ayudando a restaurar las condiciones de polarización después de la actividad eléctrica.

Conducción Axónica

• Los axones mielinizados presentan una forma eficiente de conducción de potenciales de acción. La mielina, que es una sustancia grasa, actúa como un aislante, permitiendo que la señal eléctrica se propague de un nódulo de Ranvier a otro en un proceso llamado conducción saltatoria. Este mecanismo permite que los impulsos nerviosos se transmitan de manera más rápida y eficiente, lo cual es vital para funciones motoras y sensoriales.

Clasificación Sinapsis

• Tipos de sinapsis según las células involucradas: Se pueden clasificar en sinapsis neurona-neurona, neurona-músculo (como en la unión neuromuscular) y neurona-célula secretora (como en las glándulas). Cada una de estas sinapsis tiene propiedades únicas que facilitan su función específica en la transmisión del impulso.
• Tipos de sinapsis según los efectos postsinápticos: Las sinapsis pueden ser excitadoras, que aumentan la probabilidad de que se genere un potencial de acción, o inhibitorias, que reducen esta probabilidad. La balance entre estas sinapsis determina la vuelta al estado normal en el que se encuentra la neurona tras activaciones sucesivas.
• Tipos de sinapsis según la forma de transmisión: Pueden ser eléctricas, donde la corriente fluirá directamente de una célula a otra a través de uniones gap, o químicas, donde el impulso se transmite a través de neurotransmisores liberados en la hendidura sináptica.
• Tipos de sinapsis según el lugar de contacto: La localización de las sinapsis puede ser axosomáticas (entre el axón de una neurona y el soma de otra), axodendríticas (entre el axón de una neurona y la dendrita de otra), axoaxónicas (entre dos axones), o dendrodendríticas (entre dos dendritas). Cada tipo tiene implicaciones sobre cómo y dónde se integran las señales neuronales.

Comunicación No Sináptica

• Neuromoduladores: Sustancias que influyen en la actividad neuronal a mayor distancia, modulando la excitabilidad de las neuronas. A diferencia de los neurotransmisores, que actúan en sinapsis específicas, los neuromoduladores pueden difundir en áreas más amplias del sistema nervioso y modificar la manera en que las neuronas responden a los neurotransmisores.
• Hormonas: Sustancias químicas que regulan funciones fisiológicas en todo el organismo. Las hormonas pueden tener efectos profundos en el sistema nervioso tanto a través de la modulación de la señalización neuronal como en la influencia sobre el comportamiento y las respuestas emocionales. Por ejemplo, la adrenalina puede aumentar la excitabilidad neuronal durante situaciones de estrés.

Este cuestionario explora las células del sistema nervioso, incluyendo las neuronas y las células gliales. Se discuten aspectos clave como la estructura de la membrana neuronal y el funcionamiento de las señales eléctricas en las neuronas. Prueba tu conocimiento sobre la morfología y funciones de estas células esenciales.