Tema 2. Sinapsi neuromuscular

Motoneurona / Terminal Nerviós

• La motoneurona consta de cos cel·lular, dendrites i axó.
• El botó d'unió inclou vesícules sinàptiques, mitocondris i zones actives.
• Els potencials d'acció es propaguen al llarg de l'axó, transportant missatgers químics i orgànuls.
• L'axó pot variar en longitud, està cobert de mielina i es divideix per innervar diferents miòcits, formant una unitat motora.
• Les motoneurones irradien des del soma, tenen un aspecte multipolar i reben senyals d'altres neurones a través de la seva superfície.

Fibra Muscular (AChRs)

• Les fibres musculars són multinucleades i presenten estriacions degut a les miofibril·les, responsables de la contracció i relaxació.
• Cada fibra conté aproximadament 8000 miofibril·les.
• La membrana postsinàptica està especialitzada molecularment amb una alta densitat de receptors AChR (10.000/µm²) i proteïnes associades com distroglicans, utrofina, ErbB2/3/4, integrines i MuSK.
• Estructuralment, presenta depressions, invaginacions (plecs postsinàptics) amb AChRs a les crestes i canals de sodi als fons, així com acumulació de mitocondris i nuclis

Cèl·lula de Schwann (SC)

• Les cèl·lules de Schwann són cèl·lules glials del sistema nerviós perifèric aplanades amb nuclis plans i citoplasma reduït.
• Les SC envolten els axons, proporcionant aïllament tròfic, protecció, reparació i guia.
• Les SC terminals no formen beines de mielina.

Làmina Basal Sinàptica

• La làmina basal sinàptica travessa la fenedura i els plecs, contenint acetilcolinesterasa, FGF2, agrina i neuregulina.
• Aquests components són importants pel desenvolupament, manteniment i neurotransmissió correcta.
• Els estadis són: establiment de contactes sinàptics, eliminació de contactes redundants, estabilització sinàptica i remodelació sinàptica.

Primoinnervació - Navegació

• La navegació axonal és guiada per factors com macromolècules de la matriu extracel·lular (N-CAM, laminina, fibronectina, col·lagen IV) i factors solubles (MNGF).
• Altres factors inclouen cèl·lules de Schwann, fibroblasts i camps electromagnètics.
• La navegació intramuscular a través de la MEC és poc específica però ràpida; N-CAM actua primer, seguit d'integrines i laminines (específic i lent).

Navegació - MNGF

• El Factor de Creixement Nerviós Motor (MNGF) és un conjunt de molècules difusibles de naturalesa variada, secretades pels miotubs/miòcits amb radi d'acció de 100µm.
• Té una acció anabolitzant, augmentant l'adhesivitat de N-CAM i actuant com un factor de creixement i supervivència.
• MNGF augmenta l'adhesivitat de N-CAM, i N-CAM actua com a esponja i reservori de MNGF.

Navegació - Schwann, Fibroblasts

• Les cèl·lules de Schwann secreten MNGF i tenen N-CAM.
• Els fibroblasts secreten FGF.

Primoinnervació - Mort Neuronal

• Hi ha competitivitat entre motoneurones.
• El camp perifèric (miòcits diana) té importància.
• L'ablació d'extremitats embrionàries augmenta la mort neuronal, mentre que la implantació la disminueix.
• La competitivitat entre motoneurones en la navegació pel MNGF també influeix en la supervivència.

Activitat i Mort Neuronal

• La paràlisi neuromuscular embrionària evita la mort de motoneurones.
• L'activitat muscular augmenta el MNGF.
• L'estimulació elèctrica al múscul indueix una mort massiva de motoneurones, correlacionada amb més activitat muscular i menys MNGF.

Primoinnervació - Sinaptogènesi

• Fetus (intrauterí):
  • L'axó conté neurofilaments, mitocondris, vesícules sinàptiques, vesícules cobertes i vesícules de nucli dens (++).
  • La membrana postsinàptica presenta densificacions difuses.
  • La làmina basal és una barreja de la glial, axonal i muscular.
• Des del naixement:
  • L'axó té zones actives (AZ) i vesícules cobertes (++).
  • El sarcolema desenvolupa un plegament progressiu a les crestes.
  • La làmina basal madura progressivament a làmina basal sinàptica.
• Coincidint amb aquests canvis, es produeix l'eliminació sinàptica.

Primoinnervació - Eliminació Sinàptica

• Múscul sòleo adult:
  • 25 motoneurones.
  • 1 motoneurona innerva el 4% dels miòcits.
  • 1 miòcit està innervat per només 1 motoneurona.
• Neonat:
  • 25 motoneurones.
  • 1 motoneurona innerva el 25% dels miòcits.
  • 1 miòcit està innervat per aproximadament 5 motoneurones diferents.

Funció de l'Eliminació Sinàptica

• Funció correctora.
• Homogeneïtzació de les unitats motores en tipologia i nombre.

Eliminació Sinàptica - Mecanismes

• Sistema competitiu: El miòcit produeix un "substrat" (MNGF?) que indueix la competició entre axons. L’ axó més eficaç és el que es consolida, mentre que els menys eficaços s'eliminen.
• La producció del "substrat" és dependent de l'activitat.
• Eliminació d'axons menys actius: La paràlisi muscular neonatal impedeix l'eliminació sinàptica, mentre que l'estimulació elèctrica la accelera.
• Proteases calciodependents (CANP): CANP és normal en tots tipus de neurones (neonatal/adulta).

Concepte de Plasticitat Sinàptica

• Les sinapsis funcionals es formen a la 8a setmana de vida embrionària, seguit de la formació i maduració morfològica, fisiològica i molecular en el període postnatal.
• Les sinapsis neuromusculars són dinàmiques i subjectes a variacions en l'adult.
• Les variacions inclouen deleccions i addicions de segments de la terminació nerviosa, recanvi de porcions o branques senceres, retraccions axonals, creixement i sprouting (formació d'una nova branca axonal) o elongació de branques preexistents.

Balanç entre Retracció i Creixement Axonal

• El balanç en la retracció i el creixement axonal està condicionat per:
  • Suport metabòlic de les motoneurones a les terminacions.
  • Competitivitat entre els axons motors per establir contactes sinàptics.
  • Nivell d'activitat mioneural en la interacció entre terminacions nervioses i fibres musculars.

Mecanismes de Retracció Axonal

• Pèrdua d'interacció tròfica pre/postsinàptica:
  • Baixa eficàcia sinàptica local (baixa adhesivitat).
  • Fracàs del transport axoplàsmic.
  • Elongació constant.
  • Dèficit local de MNGF.
• Pèrdua tròfica de l'axó: Condueix a desdiferenciació i degradació postsinàptica (balonització dels plecs secundaris, col·lapse), dispersió d'AChRs i afecta la interacció Agrines-AChRs.
• La presència de glia té un efecte addicional.

Glia i CANP en la Retracció Axonal

• La Glia modula l'activitat sinàptica i l'estabilitat estructural.
• CANP (Proteases Calciodependents):
  • En una branca normal hi ha equilibri entre proteòlisi i síntesi del citoesquelet gràcies a l'entrada de Ca²+ i l'acció de CANP.
  • En una branca molt activa, l'entrada de Ca²+ incrementa la proteòlisi del citoesquelet, desequilibrant la síntesi.

Creixement Axonal

• Sprouting: Formació d'una nova ramificació axonal (es considera primoinnervació).
• Elongació: Allargament de branques preexistents.

Canvis en l'Axó i a Nivell Postsinàptic durant l'Elongació

• Axó: Disminució de la densitat de vesícules sinàptiques
• Postsinàptic:
  • Dispersió de receptors AChR.
  • Aplanament de la membrana postsinàptica.
  • Menor eficàcia de l'acetilcolinesterasa (AChE) i receptors AChR.

Creixement: Mecanismes

• Factors de creixement d'origen miocític (MNGF?):
  • NGF, factor de creixement neural, alliberat pels miòcits diana i la glia.
  • Afavoreix una reacció anabolitzant.
  • MNGF, factor de creixement per motoneurones, alliberat per miòcits inactius.
• Disminució de l'activitat sinàptica:
  • Inactivitat per bloqueig mitjançant toxines d'acció presinàptica (toxina botulínica, toxina tetànica, tetrodotoxina) o postsinàptica (α-Bungarotoxina, curare).
  • La inducció de canvis degeneratius musculars a través del bloqueig de l'activitat nerviosa pot resultar en sprouting.

Plasticitat Sinàptica Segons Condicions Fisiològiques

• Disminució de l'Activitat Sinàptica (Sedentarisme): Augment de sprouts, elongació i nombre de branques, amb disminució de les retraccions, incrementant la complexitat.
• Augment de l'Activitat Sinàptica: Disminució de sprouts, elongació i nombre de branques, amb augment de les retraccions, disminuint la complexitat.
• Senilitat (Envelliment): Augment de sprouts, elongació, nombre de branques i retraccions, resultant un augment de la complexitat.

Lesió de l'Axó

• Les lesions dels nervis perifèrics poden ser causades per isquèmia, agents neurotòxics, radiacions, fred o calor, així com per factors endògens o externs mecànics.
• Aquestes agressions provoquen lesions estructurals i funcionals dels axons, afectant la transmissió d'impulsos nerviosos i el control neural de les funcions motora, sensorial i autònoma.
• La reinnervació de l'òrgan denervat pot ocórrer per regeneració, ramificació del nervi lesionat, ramificació dels col·laterals intactes o reorganització estructural i funcional dels circuits nerviosos.
• El mecanisme espontani és inferior a l'abordatge terapèutic.

Manifestacions Clíniques de Lesions Nervioses

• Pèrdua de funcions mediades pels axons afectats:
  • Fibres eferents motores: paràlisi i atròfia muscular.
  • Fibres eferents autònomes: dèficit en el control vasomotora.
  • Fibres aferents sensorials: dèficits o pèrdua tàctil, dolorosa o propioceptiva.
• Símptomes Positius:
  • Fibril·lacions (excitació espontània de fibres).
  • Fasciculacions (excitació espontània d'unitats motores).
  • Espasmes (excitació espontània del múscul).
  • Hipersensibilitat de l'òrgan denervat.
  • Dolor (sense o amb poc estímul).
  • Síndrome del membre fantasma.
• Un diagnòstic correcte és clau.

Classificació de les Lesions Nervioses (Seddon, 1943)

• Neuràxia: Lesió per isquèmia o compressió, amb bloqueig transitori sense alteració estructural.
• Axonotmesi: Interrupció dels axons amb manteniment de les capes connectives.
• Neurotmesi: Lesió completa de l'axó i les beines connectives.

Classificació de les Lesions Nervioses (Sunderland, 1951-1978)

• 1r grau (Neuràxia): Bloqueig transitori sense alteració estructural ni degeneració axonal. Reverteix en poc temps.
• 2n grau (Axonotmesi): Interrupció dels axons amb manteniment de capes connectives i degeneració Walleriana. Recuperació funcional possible amb reorientació correcta dels tubs neurals.
• 3r grau: Lesió de l'axó i tubs endoneurals, amb conservació del perineuri. La lesió connectiva indueix reacció fibrosa, amb mal pronòstic de recuperació.
• 4t grau: Lesió de l'axó, tubs endoneurals i perineuri. Hi ha una reacció fibrosa intensa i mal pronòstic de recuperació.
• 5è grau (Neurotmesi): Lesió completa de l'axó i les beines connectives. El pronòstic depèn de la distància entre els extrems proximal i distal.

Reparació de les Lesions de Nervis Perifèrics

• L'objectiu és ajudar a la regeneració i reinnervació de l'òrgan diana.
• Depèn de : punt de lesió, tipus, distància entre l'extrem proximal i distal, i distància fins l’òrgan diana.
• La recuperació funcional està molt compromesa.
• Les tècniques microquirúrgiques i els avenços científics milloren les possibilitats de regeneració i reinnervació.
• Els punts bàsics inclouen: eliminació de formacions cicatricials, aproximació dels extrems nerviosos, assegurar la coincidència dels fascicles nerviosos (empelt o guies neurals) i garantir l'estabilitat de la coaptació.

Reparació Nerviosa: Tècniques

• Reparació per empelt nerviós.
• Reparació per tubulització.
• Sutura directa epineural.
• Ús de factors neurotròfics i elements cel·lulars.

Objectius i Regeneració

• Bona supervivència de les neurones axotomitzades
• Regeneració adequada dels axons
• Reinnervació de les dianes
• Restabliment del patró de connexions centrals, espinals i corticals
• La regeneració nerviosa depèn de la capacitat de les motoneurones de sobreviure a la lesió.
• Degeneració Walleriana: Degeneració i desaparició del segment distal d'una fibra nerviosa separada del seu cos cel·lular per una lesió. Acompanyada d'atròfia de l'òrgan diana, degeneració de l'axó i la mielina, i associada a inflamació mediada per macròfags.

Degeneració Walleriana

• La degeneració de l'Axó és iniciada per processos actius intrínsecs i comparteix camins de senyalització amb l'apoptosi.
• La degeneració es dona en moltes malalties neurodegeneratives i neuromusculars
• La pèrdua de neurones és irreparable, però els axons poden regenerar-se i recuperar funcions.

Lesió Nerviosa (Degeneració Retrògrada)

• Canvis en el segment proximal de l'axó similars als del segment distal.
• Canvis en el cos de la cèl·lula: Inflació del cos neural, nucli perifèric, cromatòlisi (2 dies a 2 setmanes), substància de Nissl granular i dispersa, pèrdua de contactes sinàptics, i expressió de factors de transcripció (STAT-3, ATF-3) i quinases associades a dany nerviós.
• Un dany sever de l'axó prop del cos cel·lular pot portar a la mort neuronal

Lesió Nerviosa: Canvis en el Segment Distal de l'Axó

• Degeneració Walleriana
• Invasió per macròfags
• Destrucció de l'axó
• Desaparició lenta de la beina de mielina
• Formació de gotes lipídiques en les cèl·lules de Schwann

Degeneració Walleriana: Canvis Morfològics (I)

• Degeneració dels axons a les 24-48h de l'axotomia
• Fragmentació dels axons

Degeneració Walleriana: Canvis Morfològics (II)

• Mielina:
  • Incisures de Schmidt-Lantermann
  • Formació d'ovoides
  • Retracció de la mielina paranodal
  • Formació de gotes lipídiques
• Fagòcits: Principalment macròfags, que invaeixen el nervi de 3 a 4 dies després de la lesió i fagociten deixalles lipídiques, convertint-se en cèl·lules espumoses (el complement és necessari per a la fagocitosi).
• Cèl·lula de Schwann: Prolifera.
• Fibroblasts: Proliferen durant la primera setmana, migren adjacent a fibres en degeneració i produeixen col·lagen.

Degeneració Walleriana: Canvis Moleculars (I)

• Axons:
  • Activació primerenca d'erbB2 (de 10 a 180 minuts), relacionada amb la desmielinització de les cèl·lules de Schwann i localitzada en regions nodals.
  • Activació de MAPK i de l'ATP mimètic PK1166.
  • Coreceptor erbB3.
  • Ninjurin1 i Ninjurin2 (adhesió molecular), induïdes en cèl·lules de Schwann després del dany.
• Factors neurotròfics i citoquines: GDNF i la família de receptors per GDNF α1 (GFRα1), Disintegrin CRII-7/rMDC15:ADAM (a disintegrin and metalloprotease), FGF-2, IL-6, TNF-α, SDF-1.

Degeneració Walleriana: Canvis Moleculars (II)

• Cèl·lules de Schwann:
  • Produeixen factors de creixement i adhesió (NGF i N-CAM).
  • Produeixen citoquines (interleucines, TNFα, IL-1α i IL-1β) i molècules inhibidores (NOX-2).
• Macròfags:
  • Produeixen mitògens per les cèl·lules de Schwann i fibroblasts.
  • Produeixen citoquines que estimulen la síntesi de factors de creixement i adhesió cel·lular.

Regeneració Axonal

• Després de la reparació, es pot produir inflamació i cicatriu.
• La regeneració implica:
  • El soma neural.
  • Cons de creixement.
  • Factors neurotròfics (NT3, NT4, BDNF).
  • Factors de creixement (IGF I i III).
  • GDNF.
  • Proliferació de cèl·lules de Schwann.

Lesió Nerviosa: Reinnervació - Navegació

• Factors solubles:
  • Els axons són atrets per factors quimiotròpics secretats per les cèl·lules de Schwann del monyó distal.
  • Hi ha factors estimuladors del creixement dins del monyó distal que promouen el creixement d'esprouts axonals del monyó proximal al distal.
  • Hi ha factors inhibidors en el perineuri que impedeixen que els axons abandonin el nervi.

Factors Per a Una Bona Reinnervació

1. Distància lesió-miòcit.
2. Participació cicatricial (obturació).
3. Preservació del recorregut glial.
4. Tipus/Àrea de Lesió.
5. Preservació tròfica de miòcits/postsinàptica.
6. Altres:
   • Les lesions nervioses per aixafament tenen un millor pronòstic.
   • Els nervis seccionats per complet tenen un pronòstic pitjor (distància, obturació per cicatriu).
   • Els nervis mixtos seccionats per complet tenen un pronòstic pitjor. . -La fisioteràpia/rehabilitació inadequada dels músculs paralitzats té un pronòstic pitjor.
   • La presència d'infecció al lloc de la ferida té un pronòstic pitjor.

Lesió Nerviosa: Conseqüències Musculars

1. Immediata reacció fibrosa (MNGF +/- FGF).
2. Atròfia muscular.
3. Atròfia extrema = desaparició del miòcit.

Aquestes preguntes cobreixen conceptes clau de la sinapsi neuromuscular, incloent-hi l'estructura de la zona activa, la funció de les cèl·lules de Schwann i el paper dels components de la làmina basal. També tracten processos com la primoïnnervació i l'efecte de les mutacions genètiques en proteïnes importants.