Estructura y funcionamiento neuronal Profesor: Daniel Díaz Pasmiño Estructura neuronal Potencial de reposo Potencial de acción Impulso nervioso Sinapsis
Introducción
El sistema nervioso está formado por células nerviosas, entre las que se encuentran: Las Neuronas Las células de sostén , de relleno , nutricias y protectoras (glía o células gliales) Función: enviar señales químicas a gran velocidad produciendo la correlación y coordinación funcional de todos órganos y tejidos corporales.
Las neuronas
La unidad funcional del sistema nervioso es la neurona. Son células eucarióticas muy especializadas en la excitabilidad y en la conducción de impulsos nerviosos. Una neurona posee un cuerpo celular o soma y prolongaciones como ser : un axòn y frecuentemente muchas dendritas.
CUERPO NEURONAL
AXÓN
DENDRITAS
Estructura de una neurona
Las neuronas están rodeadas y aisladas por células gliales llamadas comúnmente neuroglia en el sistema nervioso central y células de Schwann en el sistema nervioso periférico.
Las células gliales, son acompañantes de las neuronas y no participan directamente en la producción ni en la transmisión de los impulsos nerviosos. Proporcionan la vaina de mielina que acelera la transmisión de las señales a través de las neuronas, actúan como tejido de sostén, facilitan la nutrición de las neuronas y la remoción de sus desechos metabólicos y sirven como guías para el desarrollo neuronal
Acción de las células de schwann
Soma neuronal
El soma o cuerpo neuronal es la estructura de “ control Neuronal” Contiene el núcleo como estructura principal, reguladora de todas sus funciones. Contiene la mayoría de los organelos típicos de una célula eucariótica. Se incluyen además , en las neuronas los cuerpos de nissl que corresponden al RER y las neurofibrillas que recorren el soma. Carecen de centriolos y derivados de ellos.
Funciones del soma
Mantener la integridad anatómica y funcional de la neurona ( por tener el “centro de control” de todas sus actividades celulares). Generar las prolongaciones neuronales ( las dendritas y el axón ) Sintetizar los mediadores químicos o neurotransmisores que permiten la comunicación neuronal
Prolongaciones neuronales: A) Las dendritas Son las prolongaciones cortas de las neuronas. Conducen siempre información hacia el soma neuronal. Pueden ser muchas o pueden no existir en la neurona
Axón o cilindro eje
Es la prolongación más larga y única de toda neurona. Su misión es conducir impulsos que se alejan del soma neuronal en dirección a otra neurona. En la mayoría de las neuronas se cubre por una capa de lípidos llamada “ vaina de mielina”. La vaina de mielina no es contínua y se encuentra separada por los nódulos de Ranvier.
Todo axón termina en la “arborización terminal” al inicio de una sinapsis. En el extremo de la arborización terminal se encuentran los botones sinápticos o vesículas sinápticas. Los botones sinápticos almacenan temporalmente las sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Los neurotransmisores son los mediadores de comunicación entre una neurona y otra.
Tipos de neuronas Las neuronas se clasifican según varios criterios: Neuronas unipolares, bipolares y multipolares. Neuronas sensitivas, de asociación y motoras. Neuronas mielínicas y amielínicas Neuronas alfa, beta y gamma
Tipos de neuronas
Multipolar
Bipolar
Unipolar
Fibras nerviosas:
Cuando los axones de las neuronas se rodean de membranas se denominan fibras nerviosas. La vaina de mielina es una capa inerte que rodea el axón de muchas neuronas ayudando a su velocidad de conducción de impulsos nerviosos La vaina de Schwann o neurilema es una capa de células de la glía que rodea los axones y permite su protección y reparación, no se encuentra en neuronas de SNC.
Comunicación neuronal : los impulsos nerviosos
Un impulso nervioso es una onda electroquímica que se desplaza a lo largo del axón de una neurona La teoría de la membrana es la que permite explicar en mejor forma la naturaleza de los impulsos nerviosos. Todas las células, en especial las neuronas presentan su LIC eléctricamente negativo y en su LEC eléctricamente positivo. Esto anterior corresponde al estado de reposo o potencial de reposo. ( equilibrio de Donnan) Este potencial de reposo cambia cuando la neurona es excitada por un determinado estímulo.
Potencial de reposo o potencial de membrana
Diferencia de potencial entre el lado interno ( LIC) de -70 mv y el lado externo ( LEC) de + 60 mv. de la membrana plasmática o membrana celular. La membrana celular cumple un papel fundamental en esta diferencia de polaridad. Origen: El interior se hace negativo por:
La bomba de Na+/K+ es electrogénica: introduce 2K+ y saca 3Na+. La membrana en reposo es impermeable al Na + pero deja pasar K+. Existe abundancia de aniones proteicos en el interior de la célula ( citoplasma),los que jamás abandonan la célula
Movimientos iónicos a través de las proteínas canal
POTENCIAL DE REPOSO = -70 mV
POTENCIAL DE REPOSO = -70 mV
K+
K+
K+ K+
K+
K
+
K+
POTENCIAL DE REPOSO = -70 mV
Na
K+
K+
K+
+
K
+
K
+
K+
Despolarización: inicio de un impulso nervioso
Cuando un estímulo es aplicado sobre una neurona ésta responde de la siguiente forma: Los canales de sodio que permanecían cerrados en estado de reposo se abren permitiendo su ingreso. El sodio al ingresar no solo neutraliza el potencial eléctrico sino que lo invierte. Como resultado se produce una inversión de polaridad denominada despolarización.
La despolarización marca el inicio de un potencial de acción o impulso nervioso que se propagará a lo largo de una neurona. La neurona al cambiar de polos el potasio es expulsado del interior por igualdad de cargas, haciendo cada vez más el interior positivo. Un impulso nervioso es una onda propagable que recorre el axón neuronal
DEPOLARIZACIÓN K+
K+
K+
K
+
K
+
K+
DEPOLARIZACIÓN K+
K+
K+
Na+ K
+
K
+
K+
DEPOLARIZACIÓN K+
K+
K+
Na+ K
+
K
+
K+
DEPOLARIZACIÓN K+
K+
K+
Na
K
Na K + K
+ +
+ +
DEPOLARIZACIÓN K+
K+
K+
Na
K
Na K + K
+ +
+ +
Cambios en el potencial de acción neuronal Potencial de acción Se propaga por el axón neuronal en dirección a la neurona vecina, su velocidad e intensidad es siempre igual (“todo o nada”) Es un proceso Activo que requiere energía. Se propaga sin cambios y siempre es una onda electroquímica
Modificaciones electroquímicas en la neurona
La onda de depolarización es propagable
POTENCIAL DE ACCIÓN POTENCIAL ELÉCTRICO
1 ms 0 mV
-70 mV
TIEMPO
Canales dependientes de voltaje
Se abren cuando el potencial de reposo o de membrana se hace menos negativo (depolarización)
De sodio: Muy rápidos Provocan más depolarización Se inactivan
De potasio Menos rápidos Revierten la depolarización.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na
+
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na
+
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na
+
Na
+
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Na
+
Na
+
Velocidad de conducción de los impulsos nerviosos Depende de 2 factores:
Diámetro del axón ( con un determinado grosor de la mielina) Presencia de nódulos de ranvier ( conducción saltatoria).
Velocidad de conducción Na+
Na+
mielina
Na+
En una fibra nerviosa sin vaina de mielina, toda la membrana del axón está en contacto con el líquido intersticial ( LEC) El flujo de iones puede verse alterado disminuyendo su tránsito por la membrana del axón. En una fibra mielinizada, solo están en contacto con el líquido intersticial ( LEC) las zonas de la membrana axónica correspondientes a los nodos de Ranvier. Por lo general, todos los canales iónicos y bombas de sodio-potasio se concentran en estas zonas. Así, los potenciales de acción se pueden generar solo en los nodos y el impulso nervioso salta de nodo en nodo, acelerándose la conducción. La neurona siempre responde a la “ley del todo o nada” cuya transmisión viaja con igual velocidad siempre que se alcance el nivel umbral
¿ Cómo una célula excitada recupera su potencial de reposo?
El sodio que se encuentra en el interior y causante de la despolarización es “ bombeado” fuera de la célula por la “ bomba de sodio y potasio” La bomba de sodio y potasio está presente en todas las membranas de las células y su finalidad es expulsar el sodio fuera de la célula e incorporar a la vez el potasio que está siendo expulsado por igualdad de cargas que el sodio
La bomba de Na y K, gasta energía en forma de ATP para realizarse. Posee la responsabilidad de la repolarización celular, es decir, el regreso a la polaridad inicial o potencial de reposo o de membrana. Cuando la neurona o la célula recupera su potencial de reposo, recién estará en condiciones de responder ante un nuevo estímulo despolarizándose nuevamente. El tiempo en que la neurona no responde a estímulos por estar “excitada” se denomina periodo refractario que dura 2 ms.
Sinapsis
Las señales o impulsos nerviosos viajan de una neurona a otra a lo largo de la unión especializada llamada sinapsis. La sinapsis es un pequeño espacio de 200 A que separa a una neurona de otra. Pueden ser de naturaleza química o eléctrica, son más comunes las primeras.
Esta sinapsis es de tipo química puesto que la neurona presináptica debe emitir una sustancia química (neurotransmisor) para estimular o inhibir a la neurona postsináptica
SINAPSIS NEUROTRANSMISOR
AXÓN
DENDRITA
SINAPSIS EXCITADORA
SINAPSIS EXCITADORA
SINAPSIS EXCITADORA
+ + + +
Na+ + + +
SINAPSIS INHIBIDORA
SINAPSIS INHIBIDORA
SINAPSIS INHIBIDORA
---
K+
-
SINAPSIS INHIBIDORA
---
Cl-
-
Estructura microscópica de la sinapsis
Mecanismo de transmisión del Impulso Nervioso por la sinapsis.
Llegada de la onda despolarizante o impulso nervioso al botón sináptico o vesícula sináptica la que provoca la apertura de los canales iónicos al Calcio. Este ión calcio penetra al interior del botón sináptico, produciendo o desencadenando la exocitosis de la vesícula sináptica.
Se liberan los neurotransmisores al espacio sináptico y se unen a receptores específicos de la membrana celular de la neurona postsináptica. La unión de neurotransmisor y sus receptores pueden provocar potenciales posinápticos exitadores o inhibidores según sea el caso.
Potenciales excitatorios ( PPSE)
Se produce por una despolarización de la membrana celular de neurona post sináptica. El neurotransmisor permite la excitación de la membrana y la apertura de los canales para el sodio. Las despolarizaciones producida por cada botón tienen un efecto sumatorio con lo que se puede despolarizar el total de la Membrana celular. Una vez provocada la excitación, el neurotransmisor es degradado por enzimas y la neurona post sináptica ,una vez conducido el impulso nervioso, se dispone a repolarizarse, para salir de su periodo refractario.
Potenciales Inhibitorios ( PPSI)
Son generados por una hiperpolarización de la membrana celular de la neurona postsináptica. La unión del neurotransmisor con sus receptores celulares provoca la apertura de los canales iónicos para el Cl y no para el sodio, los que se hermetizan, con lo que el medio interno celular queda mas negativo. También la hiperpolarización puede deberse a la apertura de los canales iónicos al K el que sale en demasía de la célula dejando mas negativo el medio interno celular
Eventos de la sinapsis
Una vez que los neurotransmisores cumplieron su función enzimas específicas los degradan para evitar una sobre estimulación. Los subproductos de la destrucción enzimática de los neurotransmisores son reciclados. Las propiedades de los neurotransmisores y de sus receptores específicos determinan que un mismo neurotransmisor pueda actuar como excitador o inhibidor. (acetilcolina es inhibidor en el corazón y excitador en musculatura esquelética.
Pasos en la transmisión sináptica
Llegada de un impulso nervioso al terminal axónico. Se desprende Ca++ que provoca el movimiento de los botones sinápticos y la exocitosis de sus neurotransmisores. Descarga de neurotransmisores en el espacio sináptico Captación de los neurotransmisores por parte de los receptores de membrana ( post sináptica)
Apertura de los canales de sodio que permiten la entrada del Na al interior de la neurona post sináptica. Cambio de potencial e inicio de un impulso nervioso en la neurona PS Liberación de enzimas degradadoras por parte de neurona post sináptica, Degradación enzimática de los neurotransmisores. Recuperación del potencial de reposo utilizando la bomba de Na y K. El estado de reposo se logra cuando se recupera el potencial negativo interior y positivo en el exterior
Características de la transmisión sináptica
1) 2)
3)
Existen varias características que resaltan en la conducción de impulsos a nivel de las sinapsis: Es unidireccional Es bloqueada o inhibida por sustancias químicas competidoras o estimulantes Se puede producir fatiga sináptica
4) Existe retardo sináptico 5) Puede producirse sumación temporal 6) Se pueden producir PPSE y/o PPSI 7) Pueden existir redes de convergencia y de divergencia
REFLEJO DE FLEXIÓN O DE DEFENSA
Médula espinal Fibra nerviosa sensorial
Sinapsis excitadoras
Sinapsis inhibidora
Músculo flexor Músculo extensor
