PB- T10 Bases de la comunicación neuronal

Una vez que en temas anteriores se ha aprendido la organización anatómica y funcional del Sistema Nervioso en el estado adulto, en las primeras fases de desarrollo y a lo largo del proceso evolutivo de los organismos, es procedente ahora introducirles en el estudio de la respuesta neuronal individual a la información procedente del medio ambiente externo e interno, incluida la elaboración de mensajes que son transmitidos a una red de conexiones de células nerviosas y que en última instancia resulta en la respuesta del organismo como un todo. La información procedente del medio ambiente y otros tipos de informaciones más complejas son “traducidas” a un código o lenguaje único que es utilizado por las neuronas para comunicarse entre sí y con otras células del organismo (como las de los músculos y las glándulas) y que está basado en dos tipos de señales: eléctricas y químicas. Hay que decir, sin embargo, que la comunicación entre neuronas es fundamentalmente de naturaleza química, un hecho que no se aceptó hasta la primera mitad del siglo XX , porque la idea que prevalecía hasta entonces era que la comunicación estaba basada únicamente en señales eléctricas. Aunque en la actualidad se conoce que algunos de los contactos o sinapsis entre neuronas se rigen por señales eléctricas, la mayor parte de estos contactos se establece gracias a la liberación de sustancias químicas. Por ello, aunque también se explican los mecanismos por los que se originan las señales eléctricas, el tema está dedicado en su mayor parte al estudio de los procesos que median la liberación de estas señales químicas por parte de las neuronas y los mecanismos por los que otras células (sean o no nerviosas) son capaces de reconocer estas señales.

El conocimiento del modo en el que las neuronas se comunican entre sí es de vital importancia para entender la función cerebral y su influencia en la expresión de la conducta normal y patológica, pues la alteración de algunos de los mecanismos que regulan la comunicación neuronal ha sido relacionada con diversos trastornos psicopatológicos y algunas enfermedades neurodegenerativas.

Como sabemos, las células nerviosas se comunican entre sí y con otras células del organismo gracias a la generación y transmisión de señales eléctricas y químicas. La capacidad para generar estas señales no es una propiedad exclusiva de las neuronas, aunque éstas son las únicas células capaces de utilizarlas para transmitir información. La generación de señales eléctricas se debe a las particulares propiedades que presentan las membranas celulares, que mantienen en estado de reposo una diferencia de potencial o de carga eléctrica entre el interior y el exterior celular. Así, en las primeras páginas del tema se explica en qué consiste el potencial eléctrico de las membranas y cuáles son los mecanismos que lo originan. Es importante entender bien el concepto de potencial de membrana y saber que este potencial puede adoptar diferentes valores, dependiendo del movimiento de las cargas eléctricas a través de la membrana neuronal hacia el interior y/o el exterior celular. También es importante saber que existen dos fuerzas que afectan al potencial de membrana, una de naturaleza química y otra de naturaleza eléctrica, como son la fuerza de difusión y la presión electrostática respectivamente, y que estas fuerzas afectan el movimiento de las diferentes cargas eléctricas a través de la membrana. También deben quedar claros cuáles son los mecanismos que permiten a las cargas eléctricas atravesar las membranas celulares, entre los que se encuentran, los canales iónicos y las bombas iónicas.

Más adelante, se explica en qué consiste el potencial de reposo de las neuronas y cómo se mantiene este potencial por dos factores principales que son las diferencias en : 1) las concentraciones de iones presentes a ambos lados de la membrana; y 2) la permeabilidad de la membrana neuronal en estado de reposo a los distintos iones que se encuentran en el interior y el exterior celular. Además, a estos dos factores debe añadirse la intervención de las denominadas bombas electrogénicas y el del transporte activo.

Otro concepto importante es el de potencial de acción o impulso nervioso, que es la señal eléctrica básica que representa la transmisión de información en el Sistema Nervioso. Para entenderlo bien no hay que olvidar los conceptos de hiperpolarización y despolarización y las fases del potencial de acción: fase ascendente o de despolarización y fase descendente o de repolarización y los mecanismos que las originan, en especial, el funcionamiento de los canales dependientes de voltaje. Es importante también comprender la diferente implicación de los iones Na+ y K+ en las dos fases del potencial de acción. También debe quedar claro el concepto de umbral de excitación y los de periodo refractario absoluto y refractario relativo y que los iones Na+ y K+ tienen diferentes grados de conductancia en las diferentes fases del potencial de acción.

Una vez comprendidos los fenómenos responsables del potencial de acción, es esencial conocer los mecanismos por los que esta señal se conduce a lo largo del axón para que la información pueda ser transmitida a otras células. Es importante saber por qué se dice que la propagación del potencial de acción sigue la ley del todo o nada, que esta señal eléctrica es regenerativa y que se propaga de forma activa, frente a otro tipo de señales eléctricas, los potenciales graduados, que son potenciales decrecientes, locales y que se propagan de forma pasiva. También se debe comprender cuáles son los fenómenos responsables de la propagación del potencial de acción hacia los botones terminales, la inactivación de los canales de Na+ y la breve hiperpolarización del potencial de membrana tras el disparo del potencial de acción. En el último apartado del tema se explican las diferencias existentes en la propagación del potencial de acción entre los axones mielinizados y los axones amielínicos y cómo la conducción saltadora en los axones mielinizados supone un importante ahorro energético y una mayor rapidez de respuesta.

Cuando el potencial de acción llega a los terminales nerviosos se establece un contacto funcional entre la membrana de los botones terminales de la célula que envía el mensaje o presináptica y el de las dendritas de las que lo recibe o postsináptica. A ese contacto funcional se le denomina sinapsis. Este es un concepto muy importante que hay que entender bien, así como conocer cuáles son los componentes de las sinapsis y los tipos principales de transmisión sináptica: la eléctrica y química y las diferencias existentes entre ambas. En las sinapsis eléctricas el contacto entre las neuronas es físicamente mucho más estrecho y la comunicación neuronal se establece a través de la unión de los canales iónicos de las células nerviosas participantes o uniones hendidas. Por el contrario, en el caso de las sinapsis químicas la separación en el contacto es mayor existiendo un espacio o hendidura sináptica entre las neuronas participantes en la conexión. Dada la mayor abundancia en el Sistema Nervioso de sinapsis químicas en comparación con las eléctricas, hay más conceptos relacionados con la transmisión química que con la eléctrica. Así, es importante conocer bien todo lo referido a la síntesis y el almacenamiento del neurotransmisor en la neurona presináptica, la liberación del neurotransmisor, la interacción del neurotransmisor con sus receptores en la membrana postsináptica y la inactivación del neurotransmisor. Debe quedar claro cómo se produce cada uno de estos procesos, destacando entre otros conceptos, que la liberación del neurotransmisor depende de la entrada de Ca2+ al terminal presináptico, que los canales iónicos controlados por los neurotransmisores no son dependientes de voltaje, a diferencia de los canales iónicos responsables del potencial de acción, y que el proceso de inactivación del neurotransmisor tiene lugar mediante dos mecanismos, por inactivación enzimática y por recaptación mediante proteínas transportadoras. Igualmente, es importante distinguir los diferentes tipos de sinapsis químicas que pueden establecerse, siendo especialmente uno de estos tipos, las sinapsis axoaxónicas, que implicadas en los fenómenos de inhibición y facilitación presináptica, los cuales son dos mecanismos de modulación de la actividad neuronal.

Una vez comprendidos los procesos que, de forma general, tienen lugar en la sinapsis para que la sustancia neurotransmisora pueda ser liberada, más adelante en el tema se explican los mecanismos por los que el neurotransmisor liberado es reconocido por la neurona postsináptica, pudiendo producir diferentes efectos en ella. Entre estos efectos se encuentra la apertura de canales iónicos, lo que produce cambios en el potencial de la membrana postsináptica. Es importante que queden claras las diferencias entre potenciales postsinápticos excitadores e inhibidores y entre éstos y el potencial de acción, pues se trata de diferentes tipos de señales eléctricas. También debe diferenciarse qué son receptores ionotrópicos y qué son receptores metabotrópicos, así como el concepto de segundo mensajero. Debido a que los potenciales postsinápticos son potenciales graduados o decrecientes, pueden sumarse unos a otros, mediante un proceso denominado integración neural, que tiene lugar en el cono axónico. Debe conocerse bien en qué consiste ese proceso de integración, los diferentes resultados que pueden producirse y qué determina la producción o no de un potencial de acción en la neurona postsináptica.

Finalmente, una de las más importantes partes de este tema se refiere a la descripción de las principales sustancias neurotransmisoras, entre las que destacan la acetilcolina, la dopamina, la adrenalina, la noradrenalina, la serotonina, el glutamato y el GABA. Estos mensajeros químicos y otros son elementos esenciales de las sinapsis durante la comunicación neuronal. Si se dieran ciertos cambios en los mecanismos generales por los que actúan estas sustancias pueden producirse alteraciones en el comportamiento, algunos de los cuales pueden ser patológicos. Del conocimiento de los mecanismos de actuación de los neurotransmisores ha resultado la obtención de sustancias con propiedades similares a ellos, los psicofármacos, que son de gran utilidad para el tratamiento de diversas psicopatologías.

 
Apuntes del tema