FISIOLOGÍA DEL SISTEMA NERVIOSO. Objetivos:
Exponer generalidades de la neurofisiología. Comprender la organización funcional del sistema nervioso central y sus componentes (neurona, células de neuroglia, meninges, líquido cefalorraquídeo). Comprender los fenómenos que intervienen en la generación y desarrollo del potencial de acción en neuronas. Comprender la importancia de los estímulos subumbrales despolarizantes e hiperpolarizantes Identificar diversas características o propiedades del potencial de acción.
NEUROFISIOLOGÍA. GENERALIDADES La Neurofisiología es la parte de la Fisiología que estudia las funciones del Sistema Nervioso (SN) (fig 1-1) y trata de explicar su significado e importancia. Este estudio abarca desde los más elementales procesos de la actividad de la neurona y de la fibra nerviosa, hasta el funcionamiento sumamente complejo e integrado del SN en su conjunto.
Figura 1-1. Vista lateral izquierda del encéfalo y medula espinal (SNC) y de los nervios (SNP), del perro.
El SN del hombre y de nuestros animales domésticos es el mecanismo de control más extenso, complicado y perfeccionado que conocemos, debido en gran medida a la existencia de hasta de tres billones de células nerviosas, de las cuales sólo el 10% son neuronas y el resto son células de nutrición y soporte. El SN recibe información sobre los cambios que se producen en el ambiente que nos rodea o en el interior de nuestro organismo, analizando y clasificando señales tan diversas como por ej., luz, sonidos, cambios de temperatura, gravitación, sensación de presión y alteraciones de orden químico; toda esta información es integrada, y posteriormente el SN regula, controla y ejecuta múltiples actividades. Así, el SN controla acciones tan variadas como contracciones musculares, funciones viscerales, e incluso actúa regulando la actividad de algunas glándulas; aunque, el sistema endocrino colabora ajustando las funciones metabólicas y hormonales, que en última instancia dependerán del SN. Dentro de la Medicina Veterinaria, el estudio de la Neurofisiología adquiere cada vez un mayor interés, ya que se encuentra en la base del conocimiento de los mecanismos del comportamiento animal y también por su importancia para el diagnóstico de los problemas neurológicos que afectan a nuestros animales domésticos. En el sistema nervioso existen tres funciones definidas: sensorial, motora e integradora. 1) La función sensorial corre a cargo de los diferentes receptores que se encuentran en la piel, en los músculos, tendones y articulaciones, y en los órganos de los sentidos (ojo, oído, etc) que captan los estímulos sensoriales, y que posteriormente envían la información a centros nerviosos superiores por las vías sensoriales (aferentes). 2) La función motora se encarga de responder a la información sensorial, a través de las vías motoras (eferentes), mediante los efectores (músculos esqueléticos y lisos además de las glándulas exocrinas y endocrinas). 3) La función integradora es la principal función del SN, pues procesa o filtra toda la información que recibe. Sólo el 1% de la información sensorial se integra en los centros superiores; el 99% restante, se filtra por ser una información rutinaria. La información que se filtra se almacena en la memoria.
1 - LA NEURONA La neurona (figs. 1-2, y 1-3) según Cajal, constituye la unidad anatómica y funcional del SN. Se trata de células altamente especializadas que se caracterizan por: a) ser excitables con capacidad de generar y de conducir impulsos nerviosos, b) ser incapaces de multiplicarse al carecer de centrosomas, c) poseer una larga vida, siempre que se encuentren en adecuadas condiciones de nutrición y oxigenación y d) tener un elevado metabolismo por lo que requieren un continuo y abundante aporte de oxígeno y glucosa. La hipoxia cerebral durante 5-10 sg produce pérdida de conciencia.
En los mamíferos superiores más cercanos al hombre (macaco y chimpancé) pueden existir hasta 100.000 millones de neuronas de forma y tamaño muy variable; sin embargo, en todas las neuronas encontramos los mismos orgánulos celulares: un soma (cuerpo celular) y unas prolongaciones. La neurona está rodeada por una membrana celular o axoplasma que rodea al citoplasma y regula el transporte de solutos. En el soma se encuentra el núcleo rodeado de citoplasma, donde podemos considerar unos orgánulos comunes y otros específicos. Las prolongaciones salen del propio cuerpo y son de dos tipos: unas cortas, numerosas Figura 1-2. y con abundantes ramificaciones o Esquema de una dendritas y otras que se proyectan como neurona tipo. un eje de prolongación del cuerpo, el axón. Los orgánulos comunes del soma funcionan de modo similar a cualquier otra célula (muscular, secretora, etc.); así, encontramos un núcleo voluminoso con un denso nucléolo, aparato de Golgi bien formado, abundantes mitocondrias que servirán para aportar energía a la neurona y unas partículas microsómicas que se encargan de la síntesis bioquímica. Como orgánulos específicos del soma están los Cuerpos de Nissl que son agregados de retículo endoplásmico rugoso rico en polirribosomas y cuya función es la renovación de la membrana plasmática de la neurona. En las ramificaciones, encontramos, las neurofibrillas cortas y los largos neurotúbulos; éstos van paralelos al eje longitudinal del axón y se hallan envueltos por el axoplasma. Tipos de neuronas. Se podría afirmar que no existen 2 neuronas iguales, según las clasificaciones anatómicas e histológicas (según tamaño, forma y tinción), Así por ejemplo (fig 1-3) encontramos: neuronas de Purkinje y estrelladas de la corteza cerebelosa; neurona piramidal de la V capa de la corteza motora; neurona bipolar de la retina y neurona sensorial cutánea. Sin embargo, y a pesar de la gran cantidad y variedad de neuronas, funcionalmente, las neuronas sólo tienen dos tipos de señales para comunicarse: potenciales locales y potenciales de acción.
Figura 1-3. Tipos de neuronas.
POTENCIAL DE ACCIÓN. En lo general, la membrana plasmática de las células animales está polarizada, ya que existe una diferencia de carga electroquímica a ambos lados de la misma. Esta diferencia de carga se presenta básicamente entre las superficies interna y externa de la membrana, pues, salvo esta diferencia, el citoplasma y el medio extracelular son electroneutros. Tal condición determina la existencia de una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior celular, a la cual se le denomina, potencial de membrana. Esta diferencia puede medirse colocando un electrodo dentro de la célula y otro extracelularmente. En condiciones de reposo (cuando la célula no está siendo estimulada) el potencial de membrana se denomina, potencial de membrana en reposo y tiene un valor negativo, entre -40 y -90 mV (-70 mV en Figura 1.4), en distintas células.
Figura 1-4. Potencial de membrana de reposo.
Algunos elementos determinantes del potencial de membrana son: las concentraciones iónicas intra y extracelulares, la permeabilidad iónica de la membrana, la temperatura y la actividad de ATPasas como la bomba de Na+-K+. Así, por ejemplo, si las concentraciones iónicas se alteran puede alterarse el potencial de membrana. Figura 1-5. Canales iónicos en la membrana citoplasmática de la célula neuronal.
La membrana plasmática posee canales para los iones potasio, sodio, calcio y cloruro que determinan su permeabilidad iónica. Para cada uno los iones existen distintos tipos de canales, como son los canales de fuga, los dependientes de voltaje, dependientes de ligando, dependientes de sustancias intracelulares, dependientes de estímulos mecánicos, etc. (Fig. 1.5).
Los canales de fuga se encuentran permanentemente abiertos, pero los demás pueden estar abiertos o cerrados, por lo que la permeabilidad de la membrana puede variar dependiendo del tipo de canales y la cantidad de los mismos, que se encuentren abiertos en un determinado momento. Al disminuir o aumentar la permeabilidad puede disminuir o aumentar el flujo neto de una especie iónica a través de la membrana y tal flujo de iones genera un flujo de corriente eléctrica transmembranal. Estos flujos de corriente pueden a su vez modificar el potencial eléctrico de la membrana. Un factor importante en el desarrollo del flujo de iones es la conductancia eléctrica (G), la cual es el inverso de la resistencia (G=1/R), esto es, mientras menor sea la resistencia eléctrica mayor será la conductancia y viceversa. La unidad de la conductancia es el siemen (S) y es una medida de la facilidad con la que puede fluir una corriente eléctrica determinada de un sitio a otro, por ejemplo, de un lado a otro de la membrana plasmática. La conductancia está estrechamente relacionada con la permeabilidad de la membrana pero no es estrictamente sinónimo de ésta. Por ejemplo, si el potencial de membrana tiene un valor igual al potencial de equilibrio electroquímico de un ion, ese ion se encuentra en equilibrio electroquímico y por lo tanto, su flujo neto será de cero, por lo que, aunque la membrana sea muy permeable a dicho ion, no habrá una corriente eléctrica neta por el flujo del mismo, por lo que, la conductancia para ese ion, en esas condiciones, será de cero.
por
El potencial de membrana en reposo está determinado de manera importante los canales de fuga, que como se ha mencionado, se encuentran
permanentemente abiertos; en reposo la membrana es mucho más permeable al potasio que al sodio, debido a lo cual iones potasio difunden de manera neta hacia el exterior de la célula (ya que su concentración intracelular es mayor que la extracelular) provocando que el interior se cargue negativamente y presente un potencial de membrana de valor negativo; este Figura 1-6. Concentraciones iónicas valor es cercano al potencial de intra y extracelulares durante el equilibrio del potasio, que tiene un potencial de membrana de reposo. valor alrededor de los -90 mV. En estado de reposo, los canales de K+ están abiertos, contribuyendo junto con la bomba de Na+/K+ al mantenimiento del potencial de reposo (Fig. 1.6). El potencial de membrana en reposo se mantiene más o menos constante mientras la célula no reciba estímulos, pero al ser estimulada el potencial puede sufrir diversos cambios. Para referirse al cambio del valor de reposo a un valor menos negativo (por ejemplo, de -70 a -50 mV) o incluso positivo, se utiliza el término de despolarización, mientras que, el cambio a un valor más negativo que el de reposo se denomina hiperpolarización. Por otra parte, los cambios que sufre el potencial de membrana también son denominados de manera particular dependiendo de sus características específicas, así, por ejemplo, se habla de, potenciales subumbrales y potenciales de acción. Los potenciales subumbrales son cambios del potencial de membrana de pequeña magnitud (pocos mV) y poca duración (milisegundos, ms), pueden ser despolarizantes o hiperpolarizantes (Fig. 1.7/1), se propagan con decremento sólo a cortas distancias del punto de recepción del estímulo (por lo que también se Figura 1-7. Potenciales subumbrales o locales. denominan potenciales locales) (Fig. 1.7/3) y son susceptibles de sumación temporal y espacial (Fig.1.7/4).
Los potenciales de acción (P.A.) son cambios del potencial de membrana de carácter despolarizante, de breve duración (ms) y gran magnitud (decenas de mV) y se propagan sin decremento por toda la membrana plasmática (Fig.1-8). También se define al P.A. como una inversión del potencial de membrana de breve duración y se utilizan como sinónimos, disparo, impulso, espiga (sobre todo en neuronas).
Figura 1-8. Potencial de acción.
En general constan de tres fases: despolarización, repolarización y poshiperpolarización (Fig. 1.9). Con excepción de las células autoexcitables, para que una célula excitable desarrolle un potencial de acción debe recibir un estímulo capaz de despolarizar su membrana hasta un valor denominado potencial umbral. El potencial umbral es el valor de potencial de membrana en el que se provoca la apertura de una cantidad suficiente de canales para sodio, que permita un ingreso de sodio que genere una despolarización hasta valores positivos. En otras palabras, el potencial umbral es el potencial que Figura 1-9. Potencial de acción. debe alcanzarse para que se desarrolle un potencial de acción y por ello también se denomina, potencial de disparo. La despolarización umbral o superior (supraumbral) genera el desarrollo de un P.A. debido a que provoca la apertura de canales para sodio dependientes de voltaje (aumento de la permeabilidad de la
Figura 1-10. Potencial de acción.
membrana para el sodio) y con ello la entrada de sodio a la célula (aumento de la conductancia de la membrana para el sodio) con lo que se despolariza aún más (Fig. 1-10). Ésta despolarización, a su vez, provoca la apertura de más canales para Na+, permitiéndose así una mayor entrada de sodio y por consiguiente, una mayor despolarización; a su vez esta despolarización adicional provoca apertura de más canales para sodio y así sucesivamente hasta que se abren prácticamente la totalidad de los canales para sodio del área estimulada (por sus características este fenómeno se considera un proceso de retroalimentación positiva). Fracciones de milisegundo después de que los canales para Na+ se abren, se inactivan y cierran. Los eventos antes señalados se desarrollan rápidamente, con una duración de menos de un milisegundo a pocos milisegundos y a la despolarización desarrollada se le denomina fase de despolarización del potencial de acción. Durante esta fase del P.A., debido al aumento considerable de la permeabilidad para el sodio, el potencial de membrana adquiere valores cercanos al valor del potencial de equilibrio del sodio, que tiene un valor alrededor de +55 mV (Fig. 1.9). Hacia el final de la fase de despolarización, además de inactivarse y cerrarse los canales para sodio (lo que limita la entrada de sodio), se abren una cantidad Figura 1-10. Repolarización del potencial de acción. considerable de canales para potasio dependientes de voltaje (aumento de la permeabilidad de la membrana para el potasio), gracias a lo cual se incrementa la salida de potasio hacia el exterior de la célula (aumento de la conductancia de la membrana para el potasio), y ya que se trata de un catión, su salida lleva fuera cargas positivas, con lo que la célula regresa a su potencial de membrana en reposo; dando lugar a la fase de repolarización del potencial de acción (Fig. 1.10). Durante la fase de repolarización el flujo de potasio hacia fuera de la célula es superior al necesario para que se alcance justamente el potencial de membrana en reposo Figura 1-11. Fase de Poshiperpolarización. y por consiguiente, la célula adquiere un valor más negativo que dicho potencial, esto es, se hiperpolariza, a lo cual se le denomina poshiperpolarización (PHP) (Fig.1-11).
La recuperación del valor de reposo del potencial y la PHP contribuyen a que los canales para sodio se desinactiven y puedan ser abiertos cuando la célula vuelva a despolarizarse. Aún durante el reposo, pero sobre todo durante el desarrollo de potenciales de acción, hay un ingreso neto de Figura 1-12. Estado de reposo. sodio a la célula y una salida neta de potasio de la misma; por lo que para que la concentración intra y extracelular de cada uno de estos iones se mantenga relativamente constante se requiere de la actividad de las bombas de Na+-K+, presentes en la membrana plasmática, las cuales, mediante transporte activo, sacan sodio e introducen potasio, en una relación de 3 iones de sodio por cada 2 de potasio. Dicha actividad, que implica un importante gasto de energía, es fundamental para conservar los gradientes iónicos necesarios para el mantenimiento del potencial de membrana en reposo y el desarrollo de potenciales de acción. EL IMPULSO NERVIOSO. Todo el proceso de despolarización y repolarización de un sector de la membrana puede acontecer en menos de 1 milisegundo (mseg). A medida que el potencial de acción avanza, la parte de la membrana que queda por detrás se repolariza (Fig. 1.13).
Figura 1-13. Estado de reposo.
PROPAGACIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO Mientras dura el Figura 1-14. Periodos refractarios potencial de acción, la neurona se halla en un período refractario absoluto, en el cual no responde a ningún estímulo. A éste le sigue un período refractario relativo, de varios milisegundos, durante el cual la neurona puede responder, pero con un umbral más alto (Fig. 1.14). El disparo de un nuevo potencial de acción requiere el restablecimiento completo del estado de reposo. Las neuronas se comportan según la ley del todo o nada. Si un estímulo alcanza el umbral, se inicia el potencial de acción y éste tiene siempre la misma intensidad. Si el estímulo no alcanza el umbral necesario, el potencial de acción no se inicia. La diferente intensidad de nuestras sensaciones no depende de la intensidad del impulso, sino del número de neuronas estimuladas. CONDUCCIÓN CONTINUA Y CONDUCCIÓN SALTATORIA En las fibras que carecen de vaina de mielina (amielínicas) la conducción del impulso nervioso es continua. En las fibras mielínicas, en cambio, la conducción es saltatoria. En estas fibras, la vaina de mielina actúa como aislante, impidiendo el intercambio de iones a través de la membrana del axón. Las únicas zonas que pueden despolarizarse son los nódulos de Ranvier, donde la vaina de mielina se interrumpe. El impulso nervioso se propaga entonces “saltando” desde un nudo de Ranvier a otro. Esto hace que el impulso se propague más rápidamente, y también con menor gasto energético, pues requiere la despolarización y repolarización de pequeñas partes de la membrana. La velocidad de conducción varía desde 0,25m/seg en las fibras amielínicas más lentas hasta 100m/seg en las fibras mielínicas más rápidas. Figura 1-15. Conducción nerviosa.
SINAPSIS Las señales nerviosas se transmiten de una neurona a otra a través de una forma de comunicación intercelular llamada sinapsis. La neurona que transmite el mensaje es la presináptica y la que lo recibe, la postsináptica (Fig. 1.16). Según la forma en que se establece la comunicación, las sinapsis se clasifican en dos tipos: eléctricas y químicas. Figura 1-16. Sinapsis.
Las sinapsis eléctricas son comunes en los invertebrados. En el hombre, se encuentran en algunas partes del SNC. Las sinapsis eléctricas consisten en el acoplamiento de las células por medio de uniones tipo nexus. A través de los conexones, el potencial de acción se propaga directamente de una célula a la otra (Fig. 1.17). La mayoría de las sinapsis en nuestro organismo son sinapsis químicas. Figura 1-17. Sinapsis eléctrica
En una sinapsis química no hay contacto directo entre las células que se comunican. Las membranas de las dos neuronas están separadas por un breve espacio, la hendidura sináptica y la comunicación está mediada por una sustancia química, el neurotransmisor (NT) (Fig. 1.18). Las sinapsis más frecuentes son las que se producen entre el axón de una neurona y las dendritas de otra.
Figura 1-18. Sinapsis química
En los botones sinápticos se almacenan las vesículas que contienen los neurotransmisores. Cuando el impulso nervioso llega al terminal axónico de la neurona presináptica, las vesículas sinápticas se fusionan con la membrana plasmática (Fig. 1.19). De esta forma, mediante exocitosis, los neurotransmisores son volcados al espacio sináptico. Una vez producida la exocitosis, las membranas vesiculares se endocitan nuevamente para su reciclaje. La exocitosis de las vesículas sinápticas es disparada por un aumento en la concentración del Ca2+ citoplasmático. Éste ingresa a los botones terminales a través de canales de calcio regulados por voltaje, que se abren con la llegada del potencial de acción. Luego, el calcio es secuestrado rápidamente dentro del botón sináptico. Los neurotransmisores liberados en la hendidura sináptica difunden hasta la membrana postsináptica. Allí se encuentran los receptores apropiados, proteínas de membrana a las cuales se acoplan las moléculas del neurotransmisor.
Figura 1-19. Neurotransmisión
Los receptores de los neurotransmisores pueden ser ionotrópicos o metabotrópicos. Un receptor ionotrópico es un canal iónico regulado por ligando (se denomina ligando a una molécula que puede unirse específicamente a una proteína; en este caso el ligando es el neurotransmisor). Cuando el neurotransmisor se une a un sitio específico del receptor, éste cambia su conformación y abre su compuerta, dejando ingresar a una determinada especie iónica, por ejemplo, Na+. El ingreso del ión modifica el potencial de membrana en la neurona postsináptica (Fig. 20-A). Los receptores metabotrópicos son proteínas acopladas a proteína G. La proteína G, situada en la membrana, se activa cuando el neurotransmisor se une al receptor. La proteína G activada interactúa con una enzima encargada de fabricar una molécula llamada AMPc o “segundo mensajero”. Éste es el responsable de inducir los cambios en la célula postsináptica (Fig. 20-B).
Figura 1-20. Receptor ionotrópico (A) y metabotrópico (B)
La unión del neurotransmisor al receptor de la membrana postsináptica puede tener efectos excitatorios o inhibitorios. Las sinapsis excitatorias son aquéllas en las cuales el neurotransmisor desencadena un potencial de acción en la neurona postsináptica (Fig.1.21).
Figura 1-21. Sinapsis excitatoria.
Por el contrario, en las sinapsis inhibitorias, la membrana postsináptica se hiperpolariza, es decir, se hace aún más negativa. Esto la aleja de la posibilidad de generar un potencial de acción. Es importante señalar que pueden existir distintos receptores para un mismo neurotransmisor. Los cambios inducidos en la célula postsináptica dependen de la interacción entre ambos. Los neurotransmisores tienen un efecto muy breve, pues rápidamente son inactivados por alguno de los siguientes mecanismos: 1. Inhibición en la síntesis del precursor del NT. 2. Inhibición en la síntesis del NT. 3. Inhibición de la liberación del NT. 4. Recaptación del neurotransmisor en el botón terminal. 5. Aceleración en la degradación del NT. 6. Destrucción enzimática (del neurotransmisor en la hendidura sináptica.
NEUROTRANSMISORES Los neurotransmisores son sustancias químicas que liberan los terminales axónicos. Se unen a receptores de membrana postsináptica. Un gran número de sustancias han sido identificadas como neurotransmisores, una clasificación de los mismos lo más simple posible los divide en dos grupos: transmisores de pequeño tamaño molecular y transmisores de tamaño grande (Péptidos). 1) Neurotransmisores de pequeño tamaño Constituyen un grupo muy heterogéneo desde el punto de vista químico, ya que su único punto en común, que además da nombre al grupo es que presentan un tamaño molecular pequeño. 1.1 Monoaminas 1) Acetilcolina: Es utilizada por el sistema nervioso central y periférico, en sinapsis excitatorias e inhibitorias. A nivel periférico en la unión neuromuscular es siempre excitatoria. Las neuronas que utilizan esta molécula se denominan neuronas colinérgicas. Los receptores colinérgicos son de dos tipos: nicotínicos y muscarínicos, denominados así por las sustancias (nicotina y muscarina) que se utilizaron para su distinción farmacológica. El receptor nicotínico al unir acetilcolina cambia de conformación dando lugar a que su porción de canal se abra permitiendo la entrada de
Na+ y la consecuente despolarización. El receptor muscarínico, que dispone de cinco subtipos (M1 a M5) ejerce sus efectos a través de proteínas G, pudiendo producir despolarizaciones o hiperpolarizaciones. 2) Catecolaminas: Contienen un anillo catecol. La síntesis se realiza a partir del aminoácido tirosina que dependiendo del tipo neuronal dispondrá (o no) de unos enzimas que le permitirán llevar más lejos la ruta biosintética que sería: L-Tirosina → L-DOPA → Dopamina → Noradrenalina → Adrenalina Las neuronas que forman dopamina se denominan dopaminérgicas y existen cinco tipos de receptores dopaminérgicos (D1 a D5) que están ligados a proteínas G. Los receptores adrenérgicos unen adrenalina y noradrenalina y son de dos tipos: receptores α (alfa) y β (beta). Después de su liberación a la hendidura sináptica las catecolaminas son degradadas por dos enzimas: la monoaminooxidasa (MAO) que separa el grupo amino del resto de la molécula y por la catecol-O-metiltransferasa (COMT) que metila un grupo del anillo catecol. Los productos de la degradación se excretan a través de la orina. Sin embargo la mayoría (80%) de la noradrenalina es recaptada rápidamente por el terminal presináptico. En el interior se almacena en vesículas y se recicla. 3) Serotonina (o 5-hidroxi-triptamina [5-HT]): La actividad de las neuronas serotoninérgicas es alta durante los estados de alerta y disminuye durante el sueño. Su síntesis se realiza a partir del aminoácido triptófano. Se une a varios subtipos (14) de receptores (5-HT1- 5-HT7). 4) Histamina: la mayor parte de las neuronas histaminérgicas están concentradas en el hipotálamo y suelen utilizar otros neurotransmisores además de la histamina. Existen tres tipos de receptores para la histamina (H1 ,H2, H3) ligados a proteinas G. 1.2 Aminoácidos 1) Inhibitorios. - GABA: es el principal neurotransmisor inhibidor del SNC. Las neuronas gabaergicas son las interneuronas inhibitorias más abundantes en el SNC. - Glicina: es menos utilizado que el GABA, se encuentra en número limitado en las sinapsis inhibitorias en la médula espinal y en el tronco del encéfalo. 2) Excitatorios. - Glutamato y aspartato: son aminoácidos que se interconvierten fácilmente entre sí, y los dos estimulan a los mismos receptores. 1.3 Nucleótidos y nucleósidos purícos El ATP y la adenosina actúan como neurotransmisores en el sistema nervioso central y periférico. El primero presenta acciones excitadoras y se ha comprobado su coliberación con otros neurotransmisores (nordrenalina en el sistema vegetativo); la adenosina sin embargo presenta acciones inhibidoras.
1.4 Oxido nitrico (NO) Además de su función como mediador local en muchas células, el NO funciona como neurotransmisor en el sistema nervioso central y en el periférico. Se diferencia en que no se almacena en vesículas, ya que al ser un gas, en el momento en que se forma se libera por difusión. 1.5 Esteroides Además de los efectos hormonales manifiestos a largo plazo, los esteroides presentan acciones a corto plazo desarrollados a través de la membrana neuronal. Los receptores para el desarrollo de estas acciones pueden ser específicos o utilizar los de otros neurotransmisores, aunque también es posible que su acción no esté asociada a la activación de ningún receptor. 2) Neurotransmisores de tamaño grande. La investigación en neuroquímica en los últimos años ha proporcionado una gran cantidad de información sobre los péptidos neuroactivos. En cuanto a los neuropéptidos, lo más sorprendente de su descubrimiento ha sido que, en algunos casos, aunque se sabía que actuaban en el cuerpo humano como hormonas, se ha ampliado el campo de acción de los mismos. Por ejemplo, el péptido intestinal vasoactivo (VIP) y la colecistoquinina (CCK) se sabía que actuaban como hormonas gastrointestinales, de acción local, y posteriormente se aislaron en el sistema nervioso central (SNC), donde se comprobó que llevaban a cabo una actividad fisiológica importante así como otras propiedades que definen su papel neurotransmisor y neuromodulador. Sin embargo, en otros casos, el estudio más detallado ha supuesto un cambio y alejamiento de la idea inicial que se tenía sobre el funcionamiento de los mismos. Ejemplos de este segundo caso son la vasopresina y la oxitocina. Por último otros péptidos, como las endorfinas y encefalinas, se consiguieron aislar del SNC gracias a su enorme capacidad para imitar las acciones básicas de la morfina, por esto se les denomina opiáceos endógenos. No obstante, aunque se admite el concepto de neurona peptidérgica después de mucha investigación, los neuropéptidos deben considerarse como posibles neurotransmisores de diversas regiones del SNC. Los neuropéptidos presentan algunas características que los diferencian de los neurotransmisores clásicos, entre ellas destaca que se encuentran en una concentración mucho más pequeña, pero tienen acciones más potentes.
2- CÉLULAS DE LA NEUROGLÍA Hasta ahora sólo se le había asignado a la neuroglía (glía) un papel secundario (ya que son células que no se excitan, ni transmiten impulsos eléctricos, aunque son capaces de multiplicarse), esto es, funciones de estructura, nutrición, aislamiento y transporte. Pero además, presentan una importante función fisiológica al ayudar a mantener el potencial de membrana de la neurona. Para ello, las células de neuroglía tienen la capacidad de captar el K+ que expulsa la membrana de la neurona, devolviéndolo al medio extracelular cuando éstas lo necesitan.
Clasificación de las células de neuroglía. (Fig. 2.1) Desde nuestra óptica fisiológica consideramos 4 tipos celulares: astrocitos, células de Del Río-Hortega, células ependimarias y células de Schwann.
Figura 2-1. Tipos de células de neuroglía. 1) Los astrocitos (macroglía) tienen abundantes ramificaciones (pies perivasculares) muy extensas que se insertan en los pequeños vasos sanguíneos. Sus funciones más importantes son el transporte de nutrientes a las neuronas. Forma en colaboración con la piamadre de las meninges, la barrera hemato-encefálica entre la sangre y el parénquima cerebral, estableciendo una tupida malla defensiva, (excepto a nivel hipotalámico, órgano que está en contacto directo con la sangre), que impida el paso de sustancias nocivas. 2) Las células de Del Río-Hortega (microglía) son células pequeñas y muy ramificadas. Tienen un movimiento ameboide y su función es defensiva, comportándose como macrófagos y sustituyendo a astrocitos y oligodendrocitos muertos. 3) Las células de Schwann u oligodendrocitos, realizan idéntica función, sólo que las primeras intervienen en los nervios periféricos, mientras que los oligodendrocitos están en el SNC. Son las células más espectaculares de la glía y están presentes en todos los nervios rápidos (equilibrio, reflejos, etc) y en algunos del SNC. Son de mediano tamaño con pocas prolongaciones y tienen un componente citoplasmático característico que rodea al axón: la mielina, que va a proporcionar una cubierta aislante a la fibra nerviosa. Una sóla célula puede mielinizar hasta 50 fibras nerviosas. Las fibras mielinizadas gruesas pueden transmitir hasta 50 veces más rápido el impulso nervioso (hasta 120 m/sg). La conducción del impulso es a través de unos estrechamientos de las vainas de mielina o nódulos de Ranvier, que produce una conducción saltatoria. 4) Las células ependimarias constituyen una capa de células cúbicas y ciliadas que recubren los ventrículos del encéfalo y canal medular interno (epéndimo). Algunos autores no las consideran como glía. Se relacionan con los astrocitos y su función es intervenir en la secreción y circulación del LCR.
3- LAS MENINGES Y EL LÍQUIDO CEFALORRAQUÍDEO (LCR).
El encéfalo y la médula espinal se encuentran protegidos por unas envolturas llamadas meninges y flotando en un líquido llamado cefalorraquídeo (LCR) (Fig. 3-1). De dentro a fuera se presentan tres capas envolventes: piamadre, aracnoides y duramadre.
Figura 3.1. Vista sagital de la circulación del LCR y detalle transversal de las meninges, el espacio subaracnoideo y las vellosidades aracnoideas, en el perro.
1) La piamadre es una membrana muy fina adherida al SN (a nivel de médula y encéfalo) que se va introduciendo en la masa meduloencefálica llevando consigo los vasos sanguíneos. Esta irrigación va dispersándose llegando a nivel de capilares donde la piamadre se va sustituyendo por ramificaciones de los astrocitos, formando una malla que constituye la barrera hematoencefálica con una permeabilidad selectiva importante tanto en la nutrición del SNC como en la acción de drogas con tropismo neurológico (tranquilizantes, anestésicos generales, etc.). Las funciones principales de la piamadre son tres: a) transporte activo de sustancias a médula y encéfalo, b) regulación de la concentración molecular en el líquido intersticial del SN y c) regulación de la concentración molecular del líquido cefalorraquídeo (LCR). 2) El aracnoides reviste internamente a la duramadre y se une a la piamadre formando unas trabéculas a nivel del espacio subaracnoideo por donde circula el LCR. 3) La duramadre es una capa de tejido conectivo más externa y gruesa que se adhiere al periostio de la pared interna del cráneo por una cara y al aracnoides por la otra y que se encuentra separada del hueso en el canal vertebral por el espacio epidural. Aunque existen en las meninges varios espacios: como el epidural, entre el periostio y la duramadre; el subdural entre la duramadre y el aracnoides, el más relevante, es el subaracnoideo entre el aracnoides y la piamadre, que forma una gran dilatación que se llama cisterna cerebelomedular (cisterna magna), por donde circula el LCR (Fig. 3.1). El LCR es un amortiguador líquido cuya principal función es evitar contusiones y golpes del encéfalo con el cráneo o de la médula espinal con la columna vertebral. Además, interviene en el metabolismo y nutrición neuronal. Se trata de un líquido de
pH ligeramente alcalino, de aspecto incoloro y no coagulable, que presenta en su composición proteínas (60% de las cuales corresponde a la albúmina), glucosa, cloruros (existe cierto equilibrio osmótico entre el LCR y el plasma sanguíneo) y carece de células (un máximo de 1-2 linfocitos/mm3). La mayor parte del LCR se forma a partir de la secreción de los plexos coroideos de los ventrículos laterales (I y II), circula hacia el III y IV ventrículo donde se combina con el LCR producido a estos niveles. Desde aquí, se distribuye por el interior del canal medular (epéndimo) y por las cisternas del espacio subaracnoideo, desde donde fluye hacia las vellosidades subaracnoideas (Fig. 3.1) que desembocan en el sistema venoso. La mayor parte del LCR se forma a partir de la secreción de los plexos coroideos de los ventrículos laterales (I y II), circula hacia el III y IV ventrículo donde se combina con el LCR producido a estos niveles. Desde aquí, se distribuye por el interior del canal medular (epéndimo) y por las cisternas del espacio subaracnoideo, desde donde fluye hacia las vellosidades subaracnoideas (fig. 1-5) que desembocan en el sistema venoso. La producción de LCR en un perro de raza mediana (15 kg/p.v.) es de 0,035 ml/min, es decir 50 ml/día, suficiente para circular 2-3 veces al día alrededor del encéfalo y médula. Encéfalo, médula y LCR tienen aproximadamente la misma densidad específica de manera que el SNC simplemente está sumergido en el líquido; de esta forma, la función hidrostática del LCR es transcendental, reduciendo el peso efectivo del encéfalo a unos 50 g en el hombre (3,5% de su peso) y sirviendo de amortiguación ante traumatismos craneanos y medulares. El LCR es fisiológicamente un líquido viscoso, claro y estéril, y por tanto la presencia de pus, sangre, células o gérmenes, indica un problema encefálico o meníngeo, en cuyo tratamiento deben atravesar la barrera hematoencefálica. El aumento de la presión del LCR indica un problema de hidrocefalia producido normalmente por obstrucción de los finos conductos ventriculares. La extracción del LCR resulta básica para el diagnóstico de problemas encefálicos o de las meninges. La extracción en especies pequeñas (gatos y perros) se hace en la cisterna magna (con gran asepsia y bajo anestesia local); por el contrario, en las especies grandes (bóvidos y équidos) el punto de elección son los espacios lumbo-sacros en la vaca y sacro-coxígeos en el caballo.
