Curso: Biología Mención Material Nº 21 Unidad II: Procesos y funciones vitales.

Fisiología Neuronal.

1. INTRODUCCIÓN. Los sistemas nervioso y endocrino comparten la función de mantener la homeostasis. Su objetivo es el mismo, conservar las condiciones reguladas dentro de los límites compatibles con la vida. El sistema nervioso responde con prontitud a los estímulos mediante la transmisión de impulsos nerviosos para regular los procesos corporales, mientras que el endocrino tiene una respuesta más lenta, mediada por hormonas. Además de contribuir a la homeostasis, el sistema nervioso también es responsable de las percepciones, conductas y memorización, que dan inicio a todos los movimientos voluntarios. El sistema nervioso desempeña tres funciones básicas: sensorial, motora y de integración. Irritabilidad Es la capacidad de los organismos para responder a los estímulos del medio. Esta se manifiesta de diferentes formas en la escala evolutiva: • Tropismos: Son movimientos que experimentan las plantas cuando necesitan adaptarse a

condiciones ambientales más favorables. Los movimientos se producen por fenómenos de crecimiento vegetal, con aumento de la masa total de la planta, por lo que, a diferencia de los movimientos que se producen en el reino animal, no pueden deshacerse y son totalmente involuntarios. Se denomina positivo si crece hacia el estímulo y negativo si lo hace en sentido contrario.

Los animales también han desarrollado conductas que les permiten adaptarse al medio ambiente. Estas son los tactismos, los reflejos y los instintos. • Tactismos: Son un tipo de comportamiento realizado fundamentalmente por animales

inferiores, en especial invertebrados. Son innatos, fijos e inevitables. Este movimiento puede implicar acercamiento o alejamiento al estímulo. A diferencia de los tropismos, los tactismos son movimientos rápidos, amplios y que implican traslación del organismo.

• Reflejo simple: es un mecanismo de respuesta innata e involuntaria frente a un estímulo

determinado; por ejemplo, el reflejo rotuliano. • Instintos: son reacciones innatas más complejas y elaboradas, en las cuales intervienen

varios reflejos. El instinto es específico de los individuos de una misma especie; por ejemplo, las abejas poseen una organización social debido a su instinto. En el ser humano existen el instinto maternal o paternal, el de mamar, el de sobrevivir, etc.

• Reflejo condicionado: es una relación que se establece entre un estímulo y un refuerzo que

implica aprendizaje y participación de la corteza cerebral. El flujo de información en el sistema nervioso sigue un patrón básico: Estímulo receptor vía aferente centro integrador vía eferente efector respuesta

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2. CÉLULAS DEL SISTEMA NERVIOSO. El sistema nervioso está compuesto principalmente de dos tipos celulares: células de soporte, conocidas como células gliales (o glías o neuroglías) y células nerviosas, o neuronas, que es la unidad morfofuncional del sistema nervioso. 2.1. Células gliales. Acompañando a las neuronas en el sistema nervioso central están las células gliales (Figura 1), que son aún más abundantes que las neuronas. Se les atribuyen funciones de mantención de la estructura; reservorios funcionales, barreras especializadas y defensa inmunológica. Algunos autores también las han involucrado en las llamadas funciones superiores (memoria).

Figura 1. Clasificación y función de las células gliales.

2.2. Neurona. A la neurona se le puede definir como la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. En la neurona (Figura 2) se pueden distinguir: ♦ Soma o cuerpo neuronal que contiene el núcleo y la mayor parte de la maquinaria

metabólica celular, esta se denomina pericarion. En el soma no se visualizan las estructuras involucradas en la división celular, ya que este tejido excitable se encuentra en reposo proliferativo. Una estructura destacada en el soma son los corpúsculos de Nissl (retículo endoplásmico rugoso), que tienen una importante actividad sintética.

Células Gliales

se encuentran en

Sistema Nervioso Periférico Sistema Nervioso Central

Vaina de mielina

forman

contiene

secreta

forma ayuda a formar

Soporte para el sistema nervioso

central

Barrera hemato- encefálica

secreta

Factores neurotróficos

K+, neurotransmisores

crea

Barrera entre compartimientos

Factores neurotróficos

captura

contiene

Soporte de cuerpos celulares

Células

Satélites

Células de Schwann

Oligodendrocitos

Astrocitos

Microglías (Células inmunes

modificadas).

Células ependimales

contiene

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Figura 2. Morfología de una neurona.

♦ Dendritas, son generalmente múltiples y se consideran proyecciones del soma que incrementan la superficie de recepción sináptica, y que llevan los impulsos nerviosos hacia el soma neuronal (conducción centrípeta).

♦ Axón, en general sólo uno, más grueso que las

dendritas, muchas veces rodeado por una vaina de mielina. Su función principal es conducir impulsos desde el soma hacia el terminal sináptico (conducción centrípeta). La porción que une el soma neuronal con el axón se denomina cono axonal. La zona del terminal axonal se denomina en general telodendrón (o arborización terminal). La regeneración neuronal solo se ha demostrado en las células del sistema nervioso periférico. Esto es posible si compromete porciones distales al tercio del cono axónico (más alejado del soma neuronal). El axón con sus envolturas asociadas se lo que se conoce como fibra nerviosa.

Las neuronas pueden ser clasificadas estructural y funcionalmente. Estructuralmente, las neuronas se clasifican según el número de procesos originados desde el cuerpo celular. Las hay pseudounipolar, bipolar y multipolar (Figura 3). Figura 3. Clasificación estructural y funcional de las neuronas.

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Concentraciones iónicas y equilibrio de potenciales.

Ion LEC (mM) LIC (mM) Potencial de membrana (mV) a 37°

K+ 5 mM

(rango normal 3,5-5)

150 -90

Na+ 145 mM

(rango normal 135-145)

15 +60

Cl- 108 mM

(rango normal 100-108)

10 (rango normal

5-15) -63

Ca2+ 1mM 0.0001

• Función del axón. El axón o cilindroeje conduce los potenciales de acción desde el soma celular hasta el terminal sináptico, donde la mayoría de las veces el paso de la información se produce por neurotransmisión química (neurotransmisores). Aparte de la transmisión de impulsos, hay un activo transporte de sustancias por el axón tanto del soma celular hacia la zona terminal (flujo anterógrado) como desde la zona terminal hacia el soma (flujo retrógrado). En el primer caso son transportados los componentes vesiculares, mitocondrias, enzimas, metabolitos, precursores, etc. Hacia el soma se transportan las sustancias a reciclarse en el aparato de Golgi e incluso pueden ser transportados ciertos agentes nocivos como el virus de la rabia y de la poliomielitis (Figura 4).

Si hay una injuria (daño) al axón, se produce la degeneración de toda la parte distal (es decir aquella parte que no quedó en contacto con el soma neuronal) y muerte del resto distal del axón. La regeneración se produce con cambios a nivel del soma celular y la vaina de mielina remanente, así como la lámina basal guía el crecimiento axonal hasta reinervar la estructura efectora. Es posible que el axón en regeneración sea también guiado por sustancias químicas producidas por la estructura inervada (factores tróficos). 3. CONDUCCIÓN ELECTROQUÍMICA EN LAS NEURONAS. 3.1. Bases iónicas del potencial de membrana en reposo.

Casi todas las células del organismo presentan diferencia de potencial a través de su membrana plasmática, siendo el exterior positivo respecto al interior: Membrana Polarizada. Por comodidad este potencial de membrana en reposo o Potencial de Reposo se expresa con signo negativo tomando como referencia el medio intracelular (Figura 5). Dependiendo del tipo celular este potencial puede ir desde -7 mV hasta -100 mV (en la neurona el potencial transmembranoso es aproximadamente de -60 mV).

Figura 4. Flujo axoplasmático.

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3.2. ¿De que modo los movimientos iónicos producen señales eléctricas? Los potenciales eléctricos son generados a través de las membranas de las neuronas y en realidad, de todas las células porque: 1) existen diferencias en las concentraciones de iones específicos a través de las membranas de

las células nerviosas y 2) las membranas son selectivamente permeables a algunos de estos iones. Estos dos hechos dependen, a su vez, de dos tipos diferentes de proteínas en la membrana celular. Los gradientes de concentración de los iones son establecidos por proteínas conocidas como bombas iónicas, las cuales, como su nombre lo sugiere, mueven activamente los iones hacia el interior o el exterior de las células en contra de sus gradientes de concentración. La permeabilidad selectiva de las membranas se debe en gran parte a los canales iónicos, proteínas que permiten sólo que ciertos tipos de iones atraviesen la membrana en la dirección de sus gradientes de concentración. Por lo tanto, los canales y las bombas funcionan básicamente en contra unos de otros, y al hacerlo generan electricidad celular. Para apreciar el papel de los gradientes iónicos y la permeabilidad selectiva en la generación de un potencial de membrana, considérese un sistema simple en el cual una membrana imaginaria separa dos compartimientos que contienen soluciones de iones. Primero, tómese el caso de una membrana que es permeable sólo a iones potasio (K+). Si la concentración del K+ a cada lado de esta membrana es igual, entonces no se medirá ningún potencial eléctrico a través de ella (Figura 5-A). Pero, si la concentración de K+ no es igual a ambos lados, se genera un potencial eléctrico. Por ejemplo, si la concentración de K+ a un lado de la membrana (compartimiento 1) es 10 veces mayor que la concentración de K+ del otro lado (compartimiento 2), entonces el potencial eléctrico del compartimiento 1 será negativo con respecto al compartimiento 2 (Figura 5-B). Esta diferencia del potencial eléctrico es generada porque los iones potasio fluyen a favor de su gradiente de concentración y toman su carga eléctrica (una carga positiva por ion) con ellos a medida que avanzan. Dado que las membranas neuronales contienen bombas que acumulan K+ en el citoplasma celular y puesto que los canales permeables al potasio en la membrana plasmática permiten un flujo de K+ transmembrana, existe una situación análoga en las células nerviosas vivientes. Por lo tanto, un flujo de reposo continuo de K+ es responsable del potencial de membrana de reposo. Figura 5. Equilibrio electroquímico. A. Una membrana permeable sólo al K+ (círculos) separa los compartimientos 1 y 2, los cuales contienen concentraciones indicadas de KCl. B. El incremento de la concentración de KCl en el compartimiento 1 hasta 10mM produce inicialmente un movimiento pequeño de K+ hacia el compartimiento 2 (condiciones iniciales) hasta que la fuerza electromotriz que actúa sobre K+ equilibra el gradiente de concentración y el movimiento neto de K+ equilibra la gradiente de concentración y el movimiento de K+ se vuelve cero (en equilibrio).

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Aunque la mayoría de las células tienen potencial de reposo, sólo dos de ellas, la neurona y la célula muscular, pueden experimentar fácilmente impulsos electroquímicos, también llamados potenciales propagados o potenciales de acción, constituyendo los tejidos excitables. Esto se debe a que estos tipos celulares (además de la citada bomba) poseen en su membrana canales iónicos (proteínas integrales de membrana específicas), unos para el sodio y otros para el potasio. La apertura de estos canales, como respuesta al estímulo, permite el libre tránsito de los iones de acuerdo a sus gradientes. 3.3. Bases iónicas del potencial de acción. Si se aplica un estímulo de cierta magnitud en la membrana de una célula excitable, se produce un ligero incremento en la permeabilidad de los iones sodio en esa región disminuyendo levemente la diferencia de potencial de acuerdo a la intensidad del estímulo. Un estímulo umbral es aquel que posee la intensidad suficiente para producir una disminución en el voltaje igual a 7 mV, aproximándose a los -55 mV que se denomina nivel de descarga, voltaje en el cual se abren los canales de sodio permitiendo la entrada masiva del ión (canal tipo compuerta de voltaje), de manera que el voltaje del medio intracelular se va acercando a cero o sea se provoca una despolarización. La masiva entrada del Na+ hace que el lado interno de la membrana plasmática quede positiva alcanzando +35 mV: potencial de espiga. En ese instante los canales de sodio se cierran rápidamente (terminando la entrada masiva de sodio) y se abren totalmente los canales de potasio (que ya se habían comenzado a abrir lentamente) determinando la salida de este ión, lo que vuelve a hacer negativo el lado intracelular de la membrana: repolarización, luego de una ligera hiperpolarización (debido a la salida de potasio en ausencia de la entrada de sodio) se alcanza nuevamente el potencial de reposo. Regionalmente, después de un potencial de acción, la posición relativa de los iones sodio y potasio está invertida, la acción de la bomba sodio-potasio restituye las posiciones originales. Mientras se conduce un potencial de acción obviamente no puede conducirse otro, y un estímulo en este período no origina un nuevo potencial de acción (período refractario absoluto).

Figura 6. Secuencia de cambios en los canales iónicos en la despolarización.

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Durante la propagación el impulso nervioso no pierde intensidad desarrollando siempre el mismo potencial de acción. En vivo los potenciales de acción se propagan unidireccionalmente en el axón (desde el soma hacia el telodendrón), sin embargo, si experimentalmente se aplica el estímulo sobre algún punto del axón, este se propaga en ambas direcciones. Es importante observar que si el estímulo inicial, no hubiese tenido la magnitud suficiente para producir una disminución en el potencial de membrana cercana a 7 mV, los canales de sodio no se hubiesen abierto completamente y el trabajo de la bomba sodio-potasio restablecería el potencial inicial, en esta situación se estaría frente a un estímulo subumbral. Por otra parte, si el estímulo inicial hubiese sido de un registro superior al necesario, Estímulo Supraumbral, la magnitud de descarga habría sido la misma que con un estímulo umbral, esto se denomina Ley del Todo o Nada (Figura 7).

Figura 7. El potencial de acción.

1. Potencial de reposo. 2. Estímulo despolarizante. 3. La membrana se despolariza al llegar al

umbral. Se abren los canales de Na+ voltaje-dependientes y el Na+ ingresa. Los canales de potasio comienzan a abrirse lentamente.

4. La rápida entrada de Na+ despolariza la célula.

5. Se cierran canales de Na+ y se abren lentamente los de K+.

6. El K+ sale hacia el fluido extracelular. 7. Los últimos canales de K+ se abren y el ion

sale, provocando la hiperpolarización. 8. Cierre de los canales de K+ voltaje

dependientes y algunos iones de K+ ingresan a la célula a través de canales. Acción de la bomba Na+ /K+.

9. La célula retorna a su estado de reposo, recuperando su potencial de reposo.

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La velocidad de conducción de una fibra nerviosa depende principalmente de dos aspectos: • Desarrollo de una vaina de mielina: que deja sólo algunas zonas del axolema (membrana

citoplasmática de la neurona) descubiertas. En este caso la zona a repolarizar es muy pequeña, y se gana en velocidad de conducción utilizando la llamada “conducción saltatoria”. En la fibra mielínica los canales para iones sensibles a potencial se ubican en la zona amielinizada, nodos de Ranvier. La despolarización de un nodo provoca una “corriente en remolino” que despolariza al nodo contiguo. Así, el potencial de acción cursa por la fibra a una gran velocidad. Una ventaja adicional de la conducción saltatoria es la menor entrada y salida neta de iones sodio y potasio respectivamente, ahorrando energía en la restitución de los iones a sus compartimientos y consiguiendo además períodos refractarios más cortos.

• Diámetro: Un modo de aumentar la velocidad de conducción es mediante el aumento del

diámetro en los axones amielínicos, ya que incrementa la superficie de intercambio iónico.

TOXINAS QUE ENVENENAN LOS CANALES IÓNICOS Dada la importancia de los canales de Na+ y de K+ para la excitación neuronal, no es sorprendente que algunos organismos hayan desarrollado toxinas específicas de los canales como mecanismos de autodefensa o para capturar presas. Una rica colección de toxinas naturales tiene por blancos selectivos los canales iónicos de las neuronas y otras células. Estas toxinas son útiles no sólo para la supervivencia sino también para estudiar la función de los canales iónicos celulares. La toxina de canal mejor conocida es la tetradotoxina, producida por el pez globo y algunos otros animales. La tetradotoxina provoca una obstrucción potente y específica de los canales del Na+ responsables de la generación del potencial de acción, paralizando así a los animales que lamentablemente la ingieren. La saxitoxina, homólogo químico de la tetradotoxina, tiene una acción similar sobre los canales del Na+. Los efectos potencialmente letales de la ingestión de mariscos que han ingerido dinoflagelados de la “marea roja” se deben a las acciones neuronales potentes de la saxitoxina. En cambio, la batrachotoxina, alcaloide esteroideo producido por una rana sudamericana, produce una despolarización persistente, lo que induce una parálisis en la conducción axonal por aumento selectivo de la permeabilidad de la membrana al sodio. Algunas plantas producen toxinas similares, incluidas la aconitina, de los botones de oro; la veratridina, de las lilas, y algunas toxinas insecticidas producidas por plantas tales como los crisantemos y los rododendros. Los canales del K+ también han sido blancos de los organismos productores de toxinas. Las toxinas peptídicas que afectan los canales del K+ incluyen la dendrotoxina de las avispas; la apamina de las abejas; y la caribdotoxina, que producen los escorpiones. Todas estas toxinas bloquean los canales del K+ como acción primaria; no se conoce ninguna toxina que afecte la activación o la inactivación de estos canales, aunque puede ser que estos agentes existan y que simplemente aún no hayan sido descubiertos.

4. COMUNICACIÓN ENTRE CÉLULAS NERVIOSAS.

4.1. Transmisión sináptica. Se la puede definir como, un área de contacto funcional entre dos células excitables especializada en la transmisión del impulso nervioso. Estos son los sitios donde el axón o alguna otra porción de alguna célula (la célula presináptica), terminan en el soma, en las dendritas o en alguna otra porción de otra célula (la célula postsináptica). De acuerdo al tipo de transmisión que se realiza se les puede clasificar en: a) Sinapsis Eléctrica: en que las membranas de las células pre y postsináptica se encuentran en

aposición formando una unión con fisura (gap junction), las que se caracterizan por formar

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puentes de baja resistencia eléctrica a través de los cuales pasan los iones con relativa facilidad, realizándose de este modo la transmisión del impulso nervioso. En este tipo de sinapsis se establece una relación de continuidad, entre las células y son escasas en los mamíferos, por ejemplo, contactos entre las células musculares cardíacas.

b) Sinapsis Químicas: son aquellas en las cuales la transmisión del impulso nervioso se lleva a

cabo a través de la liberación, en la terminación nerviosa, de una sustancia química, conocida como neurotransmisor, que excita químicamente a la célula postsináptica. En este tipo de sinapsis se establece una relación de contigüidad y son las que se encuentran en mayor abundancia en los mamíferos.

Aunque morfológica y funcionalmente existen distintos tipos de sinapsis químicas, se ha demostrado la presencia de ciertos elementos constantes en su organización y que están representados en el siguiente esquema (Figura 8). En primer lugar, están las dos membranas contactantes, la presináptica, que conduce el impulso nervioso o potencial de acción y que corresponde a la porción terminal de un axón y la postsináptica, receptora del agente liberado y que por lo general corresponde al soma o a ramificaciones dendríticas. Es importante destacar que las terminaciones de las fibras presinápticas o terminales presinápticos generalmente están dilatadas formando los botones terminales o sinápticos. El terminal presináptico contiene muchas mitocondrias cuya presencia es indicativas de la alta actividad metabólica en la función de la sinapsis; existen en el terminal numerosas vesículas sinápticas, éstas contienen al neurotransmisor (NT), ciertas proteínas, ATP y en algunos casos las enzimas encargadas de sintetizar al mediador químico. Respecto de la membrana postsináptica su característica más destacada es la presencia de receptores moleculares (proteínas de membranas) que son capaces de modificar la permeabilidad de la membrana al unirse al NT.

Figura 8. Organización de la sinapsis química.

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4.2. Transmisión del impulso nervioso. A pesar de la existencia de diferentes tipos de sinapsis la transmisión del impulso nervioso en todas ellas se realiza básicamente cumpliendo las siguientes etapas (Figura 9).

1) La llegada del impulso nervioso despolariza a la membrana presináptica.

2) Esta despolarización permite la

apertura de canales de calcio, sabiendo que el calcio está más concentrado en el LEC que en el LIC, se produce la entrada de este ion hacia el terminal presináptico. El flujo de calcio resulta fundamental para la liberación del neurotransmisor. El aumento del calcio intracelular, promueve la movilización de las vesículas sinápticas, las cuales se fusionan a nivel de las zonas activas de la membrana pre-sináptica. La acción del calcio es finalizada por su rápido secuestro dentro del terminal.

3) La fusión de la vesículas a la

membrana produce un rompimiento de éstas y, por exocitosis, el transmisor contenido en las vesículas es vaciado (liberado) al espacio sináptico. La cantidad de NT liberado depende directamente de la cantidad de calcio que ingresa al terminal.

4) El transmisor liberado difunde a través

del espacio sináptico y la mayor parte de él se unirá a los receptores ubicados en la membrana postsináptica formándose el complejo NT-Receptor. El proceso termina con la recaptura o inactivación del NT. El efecto generado en la membrana postsináptica no depende del neurotransmisor. Este efecto puede ser excitatorio (PPSE), cuando produce una despolarización en la membrana plasmática del efector o neurona postsináptica o, inhibitorio (PPSI), cuando la membrana se hiperpolariza (Figura 10).

Figura 9. Transmisión del impulso sináptico.

La interacción NT-receptor provoca su efecto de dos maneras diferentes: a) Apertura del canal iónico. b) Activación vía segundo mensajero.

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Figura 10. Modelos de acción de neurotransmisores.

TOXINAS QUE AFECTAN LA LIBERACIÓN DE NEUROTRANSMISORES

Toxina tetánica: El efecto de la toxina tetánica en la unión neuromuscular es la inhibición de la liberación presináptica de la acetilcolina, lo cual produce parálisis muscular. Toxina botulínica: Impide la liberación de acetilcolina por bloqueo de la exocitosis. α-Latrotoxina (de la araña viuda negra): producen fusión y movilización de vesículas sinápticas y liberación masiva de acetilcolina. La aplicación de esta molécula a las sinapsis neuromusculares produce una descarga masiva de vesículas sinápticas, aun cuando el Ca2+ esté ausente del medio extra-celular. Aunque todavía no está claro cómo esta toxina desencadena la exocitosis independiente del Ca2+, la α -latrotoxina se une a las neurexinas, un grupo de proteínas integrales de la membrana halladas en las terminaciones presinápticas. Dado que las neurexinas se unen a la sinaptotagmina, una proteína vesicular fijadora de Ca2+ que se considera importante en la exocitosis, esta interacción puede permitir que la α− latrotoxina actúe sin que medie el requerimiento habitual de Ca2+ para desencadenar la fusión de la vesícula.

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Tabla 1. Tipos de Neurotransmisores y Receptores.

Neurotransmisor Receptor Conductancia de

la membrana (g) Potencial de membrana

Ubicación del receptor

Agonista/ Antagonista

Acetilcolina

Nicotínico

incrementa gNa,gK

PPSE Músculos esqueléticos, neuronas autonómicas, SNC

Nicotina-agonista Curare-antagonista

Muscarínico M1 Muscarínico M2

disminuye gK incrementa gK

PPSE PPSI

Músculo liso y cardíaco, glándulas endocrinas y exocrinas, SNC.

Muscarina-agonista Atropina-antagonista

Noradrenalina

Adrenérgicos α1 Adrenérgicos α2 Adrenérgicos β1 Adrenérgicos β2

incrementa gK disminuye gCa

- -

PPSI (SNC) Contracción (SNP) Aceleración cardiaca Dilatación (SNP)

Músculo liso y cardíaco, glándulas endocrinas y exocrinas, SNC.

α-prazosin-antagonista β-propanolol-antagonista

Dopamina

Dopaminérgico D1 Dopaminérgico D2

PPSE PPSI

SNC

Drogas antisicóticas-antagonistas Bromocriptina-agonista

Serotonina

Serotoninérgico 5-HT1 Serotoninérgico 5-HT2

incrementa gK disminuye gK

PPSI PPSE

SNC

Sumatriptan-agonista LSD-antagonista

Histamina

Histaminérgico (H1-H2-H3)

SNC

Ranitidina y cimetidina-antagonistas

GABA (ácido γ-aminobutírico)

GABAA GABAB

incrementa gCl incrementa gK

PPSI PPSI

SNC

Benzodiazepina-agonista

Óxido nítrico

ninguno

No aplicable

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NEUROTOXINAS QUE ACTÚAN SOBRE LOS RECEPTORES POSTSINÁPTICOS

Las plantas y los animales venenosos están ampliamente distribuidos en la naturaleza. Las toxinas que ellos producen han sido utilizadas para distintos fines: la caza, la curación, la alteración sensorial y más recientemente, la investigación. Dado el papel central de los receptores de acetilcolina (ACh) en la mediación de la contracción muscular en las uniones neuromusculares, no es sorprendente que gran cantidad de toxinas naturales interfieran con la transmisión en esta sinapsis. De hecho, la clasificación de los receptores colinérgicos: nicotínicos y muscarínicos se basa en la sensibilidad de estos receptores a los alcaloides vegetales tóxicos nicotina y muscarina, los cuales activan los receptores colinérgicos nicotínicos y muscarínicos, respectivamente. La nicotina deriva de las hojas desecadas de la planta del tabaco Nicotiana tabacum y la muscarina proviene del hongo rojo venenoso Amanita muscaria. Ambas toxinas son estimulantes que producen náuseas, vómitos, confusión mental y convulsiones. La intoxicación con muscarina también puede conducir al colapso circulatorio, al coma y la muerte. El veneno α-bungarotoxina, uno de los péptidos que en conjunto constituyen el veneno de la víbora bandeada Bungarus multicinctus, bloquea la transmisión en las uniones neuromusculares y es utilizado por la víbora para paralizar a su presa. Esta toxina de 74 aminoácidos bloquea la transmisión neuromuscular al unirse en forma irreversible a los receptores colinérgicos nicotínicos, impidiendo así que la ACh abra los canales iónicos postsinápticos. La parálisis se produce porque los músculos esqueléticos ya no pueden ser activados por las neuronas motoras. Como resultado de su especificidad y su alta afinidad por los receptores colinérgicos nicotínicos, la α-bungarotoxina ha contribuido mucho al conocimiento de la molécula del receptor de ACh. Otras toxinas de las víboras que bloquean los receptores colinérgicos nicotínicos son la α-neurotoxina de la cobra (Ophiophagus hannah) y el péptido erabutoxina de la víbora de mar (Laticauda semifasciata). La misma estrategia que utilizan estas víboras para paralizar a sus presas fue adoptada por los indios sudamericanos que empleaban curare, una mezcla de toxinas vegetales provenientes de Chondodendron tomentosum, como un veneno en las puntas de las flechas para inmovilizar a sus presas. El curare también bloquea los receptores colinérgicos nicotínicos; el agente activo es el alcaloide δ-tubo curarina. Otra clase interesante de toxinas animales que bloquean selectivamente los receptores colinérgicos nicotínicos y de otro tipo son los péptidos producidos por los caracoles cónicos marinos cazadores de peces. Estos caracoles coloridos matan a los pequeños peces “disparándoles” flechas envenenadas. El veneno con tiene cientos de péptidos, conocidos como conotoxinas, muchas de las cuales tienen por blancos proteínas importantes en la transmisión sináptica. Hay péptidos de conotoxina que bloquean los canales del Ca2+, los canales de Na+, los receptores de glutamato y los receptores colinérgicos. El conjunto de respuestas fisiológicas producidas por estos péptidos sirve para inmovilizar a cualquier presa lo suficientemente desafortunada como para encontrar al caracol cónico. Otras toxinas naturales poseen efectos que alteran la sensibilidad o la conducta y han sido utilizadas por algunas culturas por miles de años. Las toxinas alcaloides vegetales que bloquean los receptores colinérgicos muscarínicos: la atropina de la belladona (Atropa belladona) y la escopolamina (burundanga) del beleño (Hyoscyamus niger L), son dos ejemplos. Dado que estas plantas crecen en forma salvaje en muchas partes del mundo, la exposición no es inusual. La intoxicación por cualquiera de las toxinas puede conducir a un estado alterado de conciencia, al coma y la muerte. Todas estas toxinas mencionadas se dirigen contra las sinapsis excitatorias. Sin embargo, los receptores del GABA y la glicina inhibitorios no han sido pasados por alto por las exigencias de supervivencia. La estricnina, un alcaloide extraído de las semillas de Strychnos nuxvomica, es la única droga conocida con acciones específicas sobre la transmisión en las sinapsis glicinérgicas. Puesto que la toxina bloquea los receptores de glicina, el envenenamiento con estricnina produce hiperactividad en la médula espinal y el tronco encefálico provocando hipercontracción muscular. Al inmovilizar el músculo del diafragma el individuo muere por asfixia. La estricnina se utiliza en el comercio como veneno para los roedores. El dieldrín, un insecticida comercial muy estable, también bloquea estos receptores. La guerra química entre las especies ha dado origen así a un conjunto enorme de moléculas cuyo blanco son las sinapsis de todo el sistema nervioso. Sí bien estas toxinas están ideadas para derrotar a la transmisión sináptica normal, también han proporcionado un conjunto de herramientas poderosas para comprender los mecanismos postsinápticos.

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Preguntas. 1. Una de las siguientes afirmaciones en relación con la neurona es incorrecta:

A) las dendritas tienen conducción centrífuga. B) la fibra nerviosa es el axón y sus envolturas. C) la vaina de Schwann sólo se presenta en el SNP. D) existe un flujo axoplasmático de pericarion a telodendrón. E) en las neuronas del SNP, el axón puede regenerar en su parte distal.

2. Sobre la bomba Na+/K+ /ATPasa se puede afirmar que

I) gasta energía en su función. II) es de naturaleza electroquímica.

III) mantiene la diferencia de potencial de la membrana.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

3. Los canales de Na+ se abren cuando

I) se aplica un estímulo supraumbral. II) se alcanza el nivel de descarga.

III) se cierran los canales de K+.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

4. El potencial de acción es propagado y esa propagación

I) lo hace perder intensidad. II) es unidireccional (de soma a telodendrón) in vivo.

III) experimentalmente (in vitro) se propaga en ambas direcciones.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III

5. El factor aislado más importante que explica la existencia de un potencial de reposo en la

membrana neuronal es

A) la forma de la neurona. B) estructura de la membrana. C) la distribución de proteínas a ambos lados de la membrana. D) la distribución de iones inorgánicos a ambos lados de la membrana. E) ningún factor mencionado es importante en relación al potencial de reposo.

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6. ¿Cuál es la secuencia correcta de la transmisión del impulso nervioso en la sinapsis?

I. Aumento de calcio intracelular. II. Despolarización de la membrana presináptica. III. Liberación del neurotransmisor por exocitosis. IV. Entrada de Ca2+ al terminal presináptico. V. Formación del complejo NT - Receptor en la membrana postsináptica.

A) I - II - III - IV - V B) II - IV - I - III - V C) V - IV - III - I - II D) V - IV - I - II - III E) II - IV - III - I – V

7. La presencia de vaina de mielina en ciertas neuronas le confiere a éstas

I) mayor velocidad de conducción. II) la posibilidad de formar sinapsis eléctricas.

III) ahorro energético en la traslocación de sodio y potasio. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y III D) Sólo II y III E) I, II y III

8. En la generación de los potenciales postsinápticos excitatorios (PPSE) participan

I) canales de sodio y potasio. II) iones que despolarizan la membrana postsináptica.

III) neurotransmisores liberados por la estructura presináptica. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III

9. La inyección endovenosa de una solución de KCl, a diferencia de la de una de NaCl, puede

producir la muerte de un individuo al afectar la fisiología neuronal. La mejor explicación para esta situación es que el exceso

I) de K+ en el medio extracelular, dificulta la difusión facilitada de éste ión durante la

etapa de repolarización neuronal, con cual los impulsos nerviosos dejan de propagarse. II) de Na+ en el medio extracelular no es algo que pudiera inhibir la etapa de

despolarización neuronal, de modo que no afecta la propagación del potencial de acción. III) de K+ en el medio extracelular produce la muerte del individuo, al facilitar la salida de

Na+, dejando hiperpolarizadas de modo permanente a las neuronas.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

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10. El potencial de acción son rapidísimos cambios eléctricos capaces de autopropagarse por la membrana de las células excitables. Tales cambios eléctricos se explican satisfactoriamente como resultados de flujos de iones a través de la membrana celular. Para el siguiente esquema, los números 1, 2, y 3 señalan, respectivamente:

A) Difusión facilitada para sodio y potasio - un estímulo subumbral – despolarización de membrana.

B) Transporte pasivo de sodio y potasio - un estímulo supraumbral - despolarización de membrana.

C) Transporte activo para sodio y potasio - un estímulo subumbral - un estímulo supraumbral. D) Despolarización e hiperpolarización de membrana – un estímulo subumbral - repolarización

de membrana. E) Transporte activo para sodio y potasio – un estímulo subumbral - despolarización de

membrana. DMSE- BM21

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