Biología Celular del Sistema Nervioso: Neuronas y Células Gliales

BIOLOGÍA CELULAR DEL SISTEMA NERVIOSO

1. INTRODUCCIÓN

En el sistema nervioso existen dos tipos de células principalmente: las neuronas y las células gliales. Tenemos aproximadamente 85.000 millones de neuronas, que están tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. Estas células no se pueden dividir, están en la fase G0. El número de células gliales es mucho mayor que el de las neuronas y su función es que la neurona funcione correctamente. Estas células sí se pueden dividir.

2. LA NEURONA

Las neuronas son células diploides con 46 cromosomas, pueden transcribir y traducir pero no pueden replicar su material genético. Tienen el mismo material genético que cualquier otra célula del cuerpo pero los genes que se expresan en estas son genes relacionados con la comunicación celular. Su fuente energética es la glucosa y tienen prioridad en el consumo de glucosa con respecto a las otras células. En situaciones extremas, si no hay glucosa, pueden funcionar con cuerpos cetónicos que se obtienen a partir de ácidos grasos (AG), aunque su calidad es menor. Utilizan ATP (adenosín trifosfato —> rNTP) para funcionar y el ATP es la moneda de intercambio energético.

NEUROGÉNESIS

Proceso a través del cual se generan nuevas neuronas. Se da en la etapa embrionaria y en la adulta.

• Neurogénesis embrionaria: es la etapa en la que más neuronas hay, se generan a partir de progenitores neurales.
• Neurogénesis adulta: se pueden generar nuevas neuronas pero la tasa es muy baja y se generan a partir de células madre o stem cells. En roedores se localiza en el ventrículo lateral y en el hipocampo (en el giro dentado).

ESTRUCTURA

• REGIÓN RECEPTORA: formada por las dendritas y por el soma o cuerpo celular.
• REGIÓN CONDUCTORA: la constituye el axón y por él viaja el impulso nervioso.
• REGIÓN EFECTORA: zona por la que se produce la salida de la información y está constituida por los terminales axónicos.

Toda la neurona está rodeada por membranas plasmáticas o citoplasmáticas. Esa membrana la constituye una doble capa de fosfolípidos. Debajo de la membrana, en el espacio intracelular, nos vamos a encontrar con los orgánulos u organelas. Esos orgánulos son componentes de la célula habitualmente rodeados por membrana y que tienen funciones especializadas. Además de los orgánulos encontramos el citosol que es el líquido intracelular, que contiene el ión potasio (K) y proteínas, los orgánulos están flotando.

SOMA O CUERPO CELULAR

Centro metabólico de las neuronas.

• Núcleo: dentro de él se encuentra el ADN y solo se lleva a cabo la transcripción.
• RER: conjunto de cisternas que se localizan a continuación del núcleo y que contiene ribosomas.
  • Ribosomas asociados al RER: sintetizan proteínas que se librarán fuera de la célula.
  • Ribosoma libre: sintetiza proteínas que se usarán en el citosol.
• REL: es el lugar donde se sintetizan los fosfolípidos, controla los niveles de Ca intracelular y se encarga de la detoxificación (eliminar tóxicos presentes en la célula).
• Aparato de Golgi: formado por un conjunto de vesículas y se encarga de recibir, clasificar y enviar, principalmente proteínas, al lugar adecuado. Está a continuación del RER.
  • Las vesículas son partículas esféricas rodeadas por membrana y que sirven para transportar moléculas:
    • Vesículas de membrana: transportan proteínas de membrana.
    • Vesículas de secreción: transportan proteínas que se van a liberar en el espacio extracelular.
    • Lisosomas: suelen transportar proteínas o fragmentos de proteínas que pueden ser peligrosos para la célula.
• Peroxisomas: lugares donde se llevan a cabo reacciones peligrosas para la célula. Tienen pH ácido.
• Mitocondrias: tienen su ADN propio, es donde se lleva a cabo la respiración celular, es decir, donde se genera el ATP. En el ciclo de Krebs se produce ATP y poder reductor, que son moléculas a partir de las cuales se puede generar ATP. Ese ATP es la moneda de intercambio energético, es decir, es la energía que realmente utiliza la célula.

DENDRITAS

Son prolongaciones que surgen del soma, tienen un diámetro variable, son más anchas cerca del soma y se van estrechando según nos alejamos. El número de dendritas varía de una célula a otra. Parte de la neurona que recibe en torno al 80% del total de la información, el 20% restante llega a través del soma. Los receptores de membrana son proteínas a las cuales se asocian los neurotransmisores. Algunas dendritas van a presentar espinas dendríticas, que aumentan la superficie de recepción.

En la etapa posnatal tanto el número de dendritas y de espinas dendríticas, así como su estructura, puede incrementarse o variar y de esa forma se pueden generar nuevas sinapsis.

• Plasticidad neuronal: capacidad de las neuronas para adaptarse a los cambios del entorno, gracias a la capacidad del cerebro para organizarse y formar nuevas conexiones a lo largo de toda la vida.

Reserva cognitiva: número de sinapsis y conexiones va a proteger en el futuro.

AXÓN

Es una prolongación que surge del soma y que se inicia en el cono axónico. Tiene un diámetro uniforme y cada neurona tiene solo un axón. Muchas neuronas van a presentar ese axón cubierto por la vaina de mielina.

• Vaina de mielina: envoltura grasa que aísla y protege el axón. Esa vaina de mielina no es continua, hay zonas del axón que no tienen, los nodos de Ranvier y ahí es donde se regenera el potencial de acción, ya que allí se localizan los canales iónicos. Las regiones cubiertas de mielina se llaman internodos.

El axón es el lugar por donde viaja el potencial de acción que es un impulso nervioso que utilizan las neuronas para comunicarse.

TERMINAL AXÓNICO O SINÁPTICO

Se encuentra al final del axón y lo constituyen ramificaciones que finalizan en el botón sináptico. En el botón sináptico se encuentran las vesículas sinápticas que se encargan de transportar los neurotransmisores. Cuando dos neuronas se comunican lo suelen hacer a través de los neurotransmisores (NT) ya que entre dos neuronas existe el espacio sináptico o hendidura sináptica.

CLASIFICACIÓN

1. NÚMERO DE PROLONGACIONES

• Pseudounipolares: neuronas de las que solo sale una prolongación del soma, que se va a bifurcar en dos, una actúa de dendrita y la otra de axón. EJ: invertebrados, médula espinal…
• Bipolares: dos prolongaciones, una se comporta de dendrita y la otra de axón. EJ: retina…
• Multipolares: neuronas que tienen muchas prolongaciones, que van a ser dendritas y solo tienen un axón.

2. FUNCIONES

• Aferentes: sensoriales.
• Motoras o eferentes:
• Interneuronas o neuronas de asociación: entre las aferentes y motoras.
  • Relevo o proyección: cuando comunican neuronas alejadas.
  • Locales: neuronas que están relativamente cerca.

3. LONGITUD DEL AXÓN

• Golgi tipo I: axones largos.
• Golgi tipo II: axones cortos.

RAMÓN Y CAJAL

• Teoría neuronal: El sistema nervioso está constituido por neuronas. Esta teoría va en contra de la teoría reticular de C. Golgi, que dice que las neuronas forman una red continua, están unidas unas a las otras y que la comunicación es un fenómeno aleatorio. Cajal por el contrario con su teoría neuronal dice que son unidades discretas y que la comunicación no es un fenómeno aleatorio.

Propone dos principios:

• Principio de polarización dinámica: La información va a seguir una dirección establecida. Luego la información va a entrar por la dendrita o el soma, circulará por el axón y saldrá por los terminales axónicos.
• Principio de especificidad de las conexiones: Las neuronas tienen zonas especializadas en la recepción y envío de la información. Por lo tanto la información no es un fenómeno aleatorio.

CITOESQUELETO

Estructura interna que proporciona a la neurona su forma característica. En las neuronas está constituido por tres elementos:

• Microtúbulos: elementos longitudinales que atraviesan las neuronas. Son los elementos de mayor diámetro (20nm aprox) y está constituido por la tubulina.
• Neurofilamentos: tienen un diámetro intermedio de 10nm aprox y están intercalados entre los microtúbulos y están constituidos por una proteína que se llama tau. Estos neurofilamentos se degeneran en la enfermedad de Alzheimer y se van a transformar en los ovillos neurofibrilares que son marañas o agregados de neurofilamentos que interfieren negativamente en el proceso de comunicación.
• Microfilamentos: son los más pequeños de todos, tienen un diámetro aprox de 5nm y están constituidos por actina.

TRANSPORTE

Para que se produzca es necesario el citoesqueleto, especialmente los microtúbulos. Hay dos tipos:

• Transporte axónico rápido:
  • Anterógrado: del soma a los terminales axónicos. Es necesaria la presencia de la kinesina, que es una ATPasa que utiliza la energía del ATP para desplazarse. Esa kinesina se puede dividir en dos partes:
    • Pies terminales que se van a ir desplazando a lo largo de los microtúbulos.
    • Vesícula en el lado opuesto que transporta los materiales que hay que mover.
  • Retrógrado: se transportan los elementos de los terminales axónicos al soma. La proteína encargada de ese transporte es la dineina que también es una ATPasa.
• Transporte axoplasmático lento: caracterizado por tener una fase rápida, similar a la previa, y una fase lenta donde se detiene el movimiento. Este transporte solo se da en dirección anterógrada.

3. LA GLÍA

Glía significa unir o pegar y estas células tienen funciones de apoyo hacia las neuronas. Además las células gliales también pueden comunicarse igual que lo hace una neurona. Si la glía falla, la neurona falla. Las células gliales sí se pueden dividir.

CLASIFICACIÓN

• SISTEMA NERVIOSO CENTRAL:
  • Oligodendrocitos: son células que se encargan de formar la vaina de mielina de las neuronas centrales. Un oligodendrocito puede mielinizar varios axones al mismo tiempo. Si se alteran los oligodendrocitos se producen las enfermedades desmielinizantes, EJ: esclerosis múltiple.
  • Los astrocitos: tienen forma de estrella. Entre sus funciones están el dar soporte estructural y de separación, se encargan de captar neurotransmisores e iones, se encarga de nutrir a la neurona, se encarga de la formación de la barrera hematoencefálica (BHE) que separa la sangre del encéfalo y es muy importante porque evita que lleguen muchos patógenos al SN y de los procesos cicatrizantes. Los astrocitomas son tumores cerebrales.
  • Células microgliales: forman parte del sistema inmune del SN y actúan como fagocitos. Si son muy activas causan inflamación.
• SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO:
  • Células de Schwann: se encargan de mielinizar los axones de las células periféricas. Los mielinizan de uno en uno.
  • Células satélite: son el equivalente a los astrocitos pero en el sistema nervioso periférico.