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Figura 22: Foto y dibujo de calamar, mostrando la posición de sus nervios principales GUÍA Nº 2: Impulso nervioso: bases celulares y mecanismo de acción En un axón en reposo existe un potencial eléctrico que es propio de la membrana plasmática Si bien la relación entre la energía eléctrica y el sistema nervioso era estudiada desde fines del siglo XVIII, especialmente con los experimentos realizados por Galvani utilizando ranas descerebradas, no fue hasta mediados del siglo XX que un grupo de científicos ingleses - Huxley, Hodgkin y Katz - descubrieron el mecanismo que explica la transmisión del impulso nervioso. Tales científicos estaban empeñados en resolver el problema de la transmisión del impulso nervioso y si bien intuyeron muy tempranamente la relación de los gradientes iónicos con la conducción nerviosa, debieron sortear muchas dificultades para dar con un diseño experimental en que fuera posible medir directamente potenciales eléctricos de pequeñísima intensidad, en membranas invisibles a la vista. Para ello, hicieron uso de segmentos longitudinales de axones gigantes de calamar (figura 22), los que habían demostrado comportarse de manera similar a los axones humanos, pero tenían la particularidad de presentar poco menos de 1 milímetro de diámetro. Vale decir, casi mil veces más grueso que un axón humano. Para realizar mediciones de voltaje o diferencia de potencial eléctrico en la membrana del axón de calamar, los investigadores utilizaron el osciloscopio de rayos catódicos. Se trata de un instrumento que permite medir con gran precisión diferencias de potencial, corrientes, resistencias y otros parámetros eléctricos, en un ampio rango. El osciloscopio dispone de un juego de placas que pueden conectarse con fuentes de poder eléctrico, como por ejemplo, una pila eléctrica, cuyo potencial se puede medir. Si el polo positivo de la pila (ánodo) se conecta a una placa y el cátodo de la pila a la otra placa, esta última se cargará negativamente, lo cual provocará un desplazamiento de la línea de la pantalla del osciloscopio a otra posición, en la parte inferior de ella. Vale decir, los cambios de posición de una línea que aparece en la pantalla del osciloscopio dan cuenta de un voltaje o diferencia de potencial eléctrico. Si la línea no cambia de posición, el voltaje será 0 o neutro. Para medir el voltaje de superficies tan pequeñas, se requiere el uso de microelectrodos, dispositivos de vidrio o de ciertos tipos de metal, que permiten registrar en la inmediata vecindad de una neurona su actividad eléctrica. Si conectamos un microelectrodo a una placa del osciloscopio y otro electrodo lo conectamos a la otra placa, podremos explorar la conducta eléctrica de la neurona. Si ambos electrodos se encuentran fuera de la neurona, como se indica en el esquema, el barrido en la pantalla del osciloscopio (línea luminosa que atraviesa la pantalla del osciloscopio) no se altera ya que no hay diferencia de potencial entre las placas. Esa línea y su ubicación en la pantalla del osciloscopio nos sevirán de referencia y le daremos un valor igual a cero. Al penetrar con el microelectrodo al interior del soma neuronal, el barrido en la pantalla del osciloscopio da un salto hacia abajo y toma una nueva ubicación donde queda estable. El voltaje señalado es de alrededor de -70 mV. Al sacar el microelectrodo desde el interior de la neurona el barrido vuelve a la posición cero (figura 23). ¿Qué significa este cambio en la posición del barrido en la pantalla ? ¿Cómo interpretamos que al estar ambos electrodos en el lado externo de la neurona, el barrido en la pantalla del osciloscopio permanece inalterable y en la misma posición ? El cambio de posición del barrido señala un cambio en el voltaje de una placa, a la cual está conectado el microelectrodo, con respecto a la otra placa. Es el llamado potencial de membrana comunmente denominado también como potencial de reposo y que se caracteriza porque el interior de la neurona es más negativo que el exterior, generando una polaridad que es característica, con magnitud conocida: -70 mV. Como su nombre lo indica, el potencial de reposo es la situación de un axón que no está transmitiendo ningún tipo de impulso nervioso. Para poder conocer el comportamiento de tal potencial eléctrico durante la transferencia de señales a lo largo del axón, fue necesario diseñar un nuevo experimento.

Impulso Nervioso ,Sinapsis y Neurotransmisores

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Figura 22: Foto y dibujo de calamar, mostrando la posición de

sus nervios principales

GUÍA Nº 2: Impulso nervioso: bases celulares y mecanismo de acción En un axón en reposo existe un potencial eléctrico que es propio de la membrana plasmática Si bien la relación entre la energía eléctrica y el sistema nervioso era estudiada desde fines del siglo XVIII, especialmente con los experimentos realizados por Galvani utilizando ranas descerebradas, no fue hasta mediados del siglo XX que un grupo de científicos ingleses - Huxley, Hodgkin y Katz - descubrieron el mecanismo que explica la transmisión del impulso nervioso. Tales científicos estaban empeñados en resolver el problema de la transmisión del impulso nervioso y si bien intuyeron muy tempranamente la relación de los gradientes iónicos con la conducción nerviosa, debieron sortear muchas dificultades para dar con un diseño experimental en que fuera posible medir directamente potenciales eléctricos de pequeñísima intensidad, en membranas invisibles a la vista. Para ello, hicieron uso de segmentos longitudinales de axones gigantes de calamar (figura 22), los que habían demostrado comportarse de manera similar a los axones humanos, pero tenían la particularidad de presentar poco menos de 1 milímetro de diámetro. Vale decir, casi mil veces más grueso que un axón humano.

Para realizar mediciones de voltaje o diferencia de potencial eléctrico en la membrana del axón de calamar, los investigadores utilizaron el osciloscopio de rayos catódicos. Se trata de un instrumento que permite medir con gran precisión diferencias de potencial, corrientes, resistencias y otros parámetros eléctricos, en un ampio rango. El osciloscopio dispone de un juego de placas que pueden conectarse con fuentes de poder eléctrico, como por ejemplo, una pila eléctrica, cuyo potencial se puede medir. Si el polo positivo de la pila (ánodo) se conecta a una placa y el cátodo de la pila a la otra placa, esta última se cargará negativamente, lo cual provocará un desplazamiento de la línea de la pantalla del osciloscopio a otra posición, en la parte inferior de ella. Vale decir, los cambios de posición de una línea que aparece en la pantalla del osciloscopio dan cuenta de un voltaje o diferencia de potencial eléctrico. Si la línea no cambia de posición, el voltaje será 0 o neutro. Para medir el voltaje de superficies tan pequeñas, se requiere el uso de microelectrodos, dispositivos de vidrio o de ciertos tipos de metal, que permiten registrar en la inmediata vecindad de una neurona su actividad eléctrica. Si conectamos un microelectrodo a una placa del osciloscopio y otro electrodo lo conectamos a la otra placa, podremos explorar la conducta eléctrica de la neurona. Si ambos electrodos se encuentran fuera de la neurona, como se indica en el esquema, el barrido en la pantalla del osciloscopio (línea luminosa que atraviesa la pantalla del osciloscopio) no se altera ya que no hay diferencia de potencial entre las placas. Esa línea y su ubicación en la pantalla del osciloscopio nos sevirán de referencia y le daremos un valor igual a cero. Al penetrar con el microelectrodo al interior del soma neuronal, el barrido en la pantalla del osciloscopio da un salto hacia abajo y toma una nueva ubicación donde queda estable. El voltaje señalado es de alrededor de -70 mV. Al sacar el microelectrodo desde el interior de la neurona el barrido vuelve a la posición cero (figura 23). ¿Qué significa este cambio en la posición del barrido en la pantalla ? ¿Cómo interpretamos que al estar ambos electrodos en el lado externo de la neurona, el barrido en la pantalla del osciloscopio permanece inalterable y en la misma posición ? El cambio de posición del barrido señala un cambio en el voltaje de una placa, a la cual está conectado el microelectrodo, con respecto a la otra placa. Es el llamado potencial de membrana comunmente denominado también como potencial de reposo y que se caracteriza porque el interior de la neurona es más negativo que el exterior, generando una polaridad que es característica, con magnitud conocida: -70 mV. Como su nombre lo indica, el potencial de reposo es la situación de un axón que no está transmitiendo ningún tipo de impulso nervioso. Para poder conocer el comportamiento de tal potencial eléctrico durante la transferencia de señales a lo largo del axón, fue necesario diseñar un nuevo experimento.

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Figura 23

1. Axón gigante (400 - 700 de diámetro 2. Microelectrodo 3. Electrodo de referencia 4. Pantalla del osciloscopio 5. Placa vertical superior 6. Placa vertical inferior 7. Medidor de voltajes 8. Barrido 9. Sistema generador de pulsos (estímulos eléctricos)

con dos electrodos: un cátodo (-) y un ánodo (+) 10. El microelectrodo penetra en el interior del axón 11. El barrido da un salto y se ubica en esta nueva

ubicación. La diferencia entre las dos posiciones marca la diferecia de potencial que existe entre el lado extremo y el interno de la membrana del axón

El potencial de acción surge de un cambio temporal de la polaridad normal de la membrana En base al mismo diseño que permitió evidenciar la existencia del potencial de reposo, fue posible identificar la modificación que sufre la membrana cuando el axón se encuentra “funcionando”, vale decir, transmitiendo impulsos nerviosos. Si el axón es estimulado mediante un par de electrodos que generan pulsos de corriente eléctrica de baja intensidad, tal como se muestra en la figura 24, el osciloscopio muestra una nueva gráfica. Ya no se trata de la diferencia de potencial de -70 mV, sino de un cambio repentino en la polaridad, tantas veces como se produzcan estímulos. Cada estímulo, un cambio de polaridad de la misma frecuencia. Tal como se señala en la figura 24, el osciloscopio muestra una onda bifásica, es decir, que tiene una fase ascendente hasta un punto máximo, para luego descender hasta la posición original. Dicho en términos del cambio de polaridad, la curva muestra una inversión de la polaridad normal, hasta que en cierto punto, la situación se revierte, hasta volver nuevamente a la normalidad. A esta inversión temporal de la polaridad normal de la membrana plasmática del axón se le llama potencial de acción. El fenómeno completo dura entre 3 y 5 milisegundos. Un aspecto interesante del potencial de acción es que se produce siempre que el estímulo aplicado alcanza una intensidad mínima. Sobre ese valor, la intensidad umbral, el potencial de acción se genera siempre de la misma manera, mostrando la misma curva de depolarización-repolarización. En otras palabras, la membrana muestra un potencial de acción o no lo muestra. Sin puntos intermedios de depolarización. Esta característica se denomina Ley del todo o nada.

Figura 24

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Tabla 2: composición iónica del medio intra y extracelular en una célula nerviosa

El impulso nervioso estaría definido, de esta manera, como un potencial de acción que se transmite a lo largo de un axón o más claramente, como una inversión temporal de la polaridad que recorre la membrana del axón en forma longitudinal. Aunque es ta definición es bastante exacta y es conocida desde la década de 1960, no explica, de ninguna manera, el mecanismo subyacente a tal inversión de polaridad. De hecho, fueron necesarios varios años de investigación y evaluación de hipótesis para comprender la causa de la polaridad normal de la célula y qué es lo que sucede realmente cuando se produce el cambio de polaridad durante un potencial de acción. Los potenciales eléctricos de la membrana tienen su origen en los gradientes iónicos que regula La membrana plasmática es una bicapa lipídica, formada por fosfolípidos, que actúa como un esqueleto o soporte en el cual se insertan numerosas otras estructuras moleculares como canales iónicos, receptores químicos, transportadores, bombas iónicas, enzimas, proteínas de reconocimiento y de conexión con otras células, proteínas que sirven de soporte a elementos del citoesqueleto, etc. (figura 25). La membrana plasmática de la neurona puede, entonces, además de limitar la estructura de esta célula cumpli r un amplio rango de funciones. Además de su naturaleza lipídica, la membrana se caracteriza por ser polarizada eléctricamente ya que su lado interno esta "cubierto" por una nube de cargas negativas, mientras que su exterior lo está de cargas positivas.

La membrana separa dos compartimientos: el intraneuronal y el extraneuronal. Por su composición lipídica impide el paso a través de ella de moléculas hidrofílicas (solubles en agua) y/o de aquellas que tengan cargas eléctricas (iones) a través de esa fase. Sin embargo, se comporta como una membrana semipermeable selectiva frente a este tipo de substancias. En efecto, en reposo es permeable al ión potasio y al agua pero impermeable a otras especies iónicas como el Na+ o el Ca2+. También es selectivamente permeable a ciertos metabolitos como la glucosa o a otras moléculas, como los precursores de neurotransmisores. El paso de iones se hace a través de proteínas-canales, que son reguladas por señales químicas (neurotransmisores, hormonas o drogas) o por cambios en la diferencia

de voltaje que caracteriza a la membrana, la cual es mantenida dentro de rangos muy estrechos por el trabajo de las bombas iónicas de origen proteico (bomba de Na+-K+, bomba de Ca2+). La mejor evidencia del papel selectivo de la membrana en la distribución de los iones en el citoplasma v/s el medio extracelular, es la concentración diferencial de tales iones en ambos ambientes, tal como lo detalla la tabla 2. Esta misma distribución asimétrica de los cationes (Na+ y K+) respecto a los aniones (Cl- y proteínas con carga neta negativa) es la base para comprender la causa del potencial de reposo.

Actividad 8: Según los datos de la tabla 2, hipotetiza cuál es la tendencia de difusión que posee cada uno de los iones, es decir, ¿hacia dónde debería tender a “irse” el K+? ¿hacia dentro o fuera de la célula? etc.

Figura 25

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Figura 27: Funcionamiento de la bomba de Na+ - K+

La concentración diferencial de iones a uno y otro lado de la membrana no exitada origina el potencial de reposo ¿Cuál es la causa del potencial de reposo? Los iones que existen en el citoplasma de la neurona tienden a distribuirse buscando igualar sus concentraciones con el exterior de la neurona. Ello se debe a que para cada especie iónica hay dos fuerzas que determinan su distribución: las diferencias de su concentración y la fuerza del campo eléctrico en el que se encuentran. Cada ión se comporta buscando entonces un equilibrio electroquímico. La gradiente de concentración empuja en un sentido y la fuerza eléctrica en el sentido opuesto.

En condiciones de reposo la membrana es permeable solo al K+ porque es el canal para este catión el único que está abierto (figura 26). Como en el interior de la neurona (o de cualquier célula) existen aniones (A-), proteínas con carga negativa, el K+ se acumula en el interior tratando de neutralizar su carga. Hay mayor cantidad de K+ en el interior de la neurona. Existe entonces una fuerza que induce un constante flujo de K+ hacia el exterior, a través de los canales de K+ abiertos. Pero la nube de K+ que tiende a salir de la neurona se acumula en el lado externo de la membrana dejando exceso de carga negativa dada por las proteínas, que actúa como una fuerza que los tiende a retener. Se produce entonces un equilibrio en el cual la cantidad de K+ que sale es igual a la que se recupera, lo que explica la constancia del potencial de membrana. La recuperación de los iones K+ está dada por una proteína integral de membrana de alto peso molecular, que funciona como un transportador doble: de K+ hacia adentro y de Na+ hacia fuera. Como tal transporte se realiza contra el gradiente de concentración, requiere energía, la que es obtenida desde las mitocondrias neuronales. Las proteínas que realizan este tipo de transporte se denominan bombas, y ésta, en particular, se llama bomba de Na+ - K+ (figura 27) De esta manera, tenemos un escenario en el que existe una gran acumulación de proteínas negativas y iones potasio en el medio intracelular, respecto a un ambiente extracelular bajo en potasio. Simultáneamente, existen iones sodio y cloro, cuya sumatoria de cargas, sumado a la “falta de potasio”, origina una mayor carga positiva en el exterior. La polaridad de la membrana entonces , se traduce en una nube de cargas negativas en el lado interno y positivas al lado externo. Este es el origen del potencial de reposo.

Figura 26

1. Compartimiento extracelular 2. Iones en el compartimiento extracelular (Na+:ión

de sodio; K+:ión potasio; Cl-:ión cloro) 3. Membrana plasmática

4. Compartimiento citoplasmático (intracelular) A- :

aniones de origen proteico 5. Iones en el compartimiento intracelular 6. Carga positiva (+) que predomina en el lado

externo de la membrana 7. Carga negativa (-) que predomina en el lado

interno de la membrana

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A modo de resumen, para entender el potencial de reposo deben tenerse presente dos hechos: o La bomba de sodio y potasio establece una gradiente de concentración de estos iones entre el medio extracelular y el intracelular.

Al transportar sodio hacia afuera de la célula y potasio hacia adentro, mantiene una concentración intracelular de sodio 10 veces menor que la externa y de potasio 50 veces mayor que la externa. Gasta energía (ATP) para mantener esta gradiente química.

o La membrana es permeable al potasio por que posee canales de potasio que están siempre abiertos, pero es mucho menos permeable a los iones Na+ y aniones como el Cl-. La alta concentración de potasio intracelular hace que este ión difunda por los canales hacia afuera de la célula, dejando atrás los aniones que no pueden at ravesar la membrana fácilmente. Así, el interio r de la membrana se hace negativo respecto del exterior. (ver figura 28)

En definitiva, el sodio tiene una gran tendencia a entrar a la célula impulsado por su gradiente de concentración y por la atracción que ejercen las cargas negativas en el interior de la membrana. Sin embargo, el sodio no disipa el potencial de reposo por que los canales de sodio abiertos en reposo son muy pocos y, por lo tanto, la membrana es mucho menos permeable a este ión. Para que esto ocurriera, sería necesario abrir los canales de sodio que se encuentran cerrados…

El potencial de acción es producto de la activación y apertura de los canales de Na+ Ya sabemos que un potencial de acción es un cambio instantáneo y temporal de la polaridad normal de la membrana axonal. Y conocemos cuál es el origen de la polaridad normal (la polaridad del potencial de reposo). En la figura 29 se explica lo que sucede con los canales iónicos cuando se produce un estímulo (mecánico, eléctrico o de otras naturalezas) en el axón. Cómo se plantea en el título de esta sección, el potencial de acción tiene su origen en la apertura de los canales de sodio. A partir de esta premisa, desarrolla la actividad 9: Actividad 9: Observa detenidamente la siguiente secuencia de eventos que ocurren durante los 3 milisegundos que dura el potencial de acción. Interpreta a la luz de las definiciones antes señaladas y plantea una explicación para cada una de las etapas de la curva bifásica del potencial de acción, que aparece detallada en la página 19. Nota importante: o A pesar que no aparece en el esquema, la bomba de Na+ – K+

se mantiene funcionando durante todo el proceso del potencial de acción

o Los canales iónicos pueden ser de dos tipos: los de compuerta, que normalmente se encuentran cerrados durante el potencial de reposo y los sin compuerta, como el caso del canal de K+, que se mantiene abierto durante el potencial de reposo. Vale decir, el canal de K+ que aparece abriéndose en el potencial de acción no es el mismo del potencial de reposo.

Figura 28: Distribución asimétrica de los iones en

el potencial de reposo

Figura 29

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Actividad 9 (continuación)

Anota en tu cuaderno una explicación para cada una de las etapas de la gráfica que se produce a lo largo del potencial de acción, según los sucesos que se esquematizan en la figura 29: Fase ascendente (depolarización) Cruce de la polaridad neutra (0) Fase descendente (repolarización) Hiperpolarización (exceso de repolarización en fase descendente) Vuelta al reposo (-70 mV)

Interpreta finalmente el siguiente gráfico sobre la permeabilidad de los iones Na+ y K+ a través de la membrana durante un potencial de acción:

Actividad 10: En el montaje experimental de la figura 31 se utilizó un par de microelectrodos conectados a un osciloscopio para detectar las diferencias de potencial eléctrico de los axones provenientes de receptores de presión en la piel y de fotorreceptores en el ojo, frente a estimulaciones de intensidad creciente. Para estimular los receptores en la piel se utilizó una pequeña sonda de punta redondeada y para los estímulos luminosos una linterna cuya intensidad de luz es variable. Preguntas: 1. ¿Qué variables de los potenciales de

acción se mantienen constante en la medida que aumenta la intensidad del estímulo? ¿Cuál varía?

2. ¿Qué diferencias se notan entre los potenciales de acción generados a partir del estímulo mecánico respecto al luminoso?

3. Si consideras que no existen diferencias, ¿cómo es posible que el cerebro discrimine entre una sensación y otra? Dicho de otra manera, ¿por qué no confunde un roce de la piel con el color rojo?

Figura 30 Figura 31

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3. Sinapsis y neurotransmisores La sinapsis química es una asociación estructural y funcional entre neuronas

La sinapsis química es el sitio en que células vecinas se comunican entre sí a través de mensajes químicos, los neurotransmisores. A pesar del enorme número de sinapsis químicas que existen en el sistema nervioso y de la amplia variedad estructural que ellas ofrecen, en la organización de este tipo de sinapsis se pueden reconocer los mismos elementos básicos. Hay un elemento presináptico representado por un terminal nervioso, o una varicosidad o por el polo de liberación de mensajes químicos, que se observa en algunos tipos celulares, como algunas células sensoriales. La parte presináptica está separada por un espacio s ináptico (20 a 40 nm) de la parte postsináptica, espacio que es atravesado por difusión por el neurotransmisor. La parte presináptica presenta una organización orientada a una función secretora altamente organizada que permite que el proceso de transferencia de la información represente un evento que dura alrrededor de fracciones de milisegundos (0.3 a varios milisegundos). Ella se caracteriza por la presencia de las vesículas sinápticas que almacenan el neurotransmisor y que se encuentran organizadamente ubicadas, ligadas al citoesqueleto, o en los sitios activos de liberación o involucradas en el proceso de reuso de las vesículas. Por ello, el aspecto y la ubicación de las vesículas ofrece variaciones. También se ubican en la parte presináptica, mitocondrias, elementos del citoesqueleto y estructuras membranosas relacionadas con el manejo de las vesículas en el terminal (endosomas). La composición de la membrana del terminal ofrece una gran complejidad ya que en ella se encuentran diferentes estructuras proteicas que cumplen funciones diversas e indispensables: canales iónicos (de sodio, potasio, calcio y cloro), bombas iónicas (bomba de Na+-K+; bomba de calcio), receptores, componentes de las membranas de las vesículas que quedan incorporados en la membrana del terminal después de la exocitosis, transportadores que permiten la recaptación del neurotransmisor liberado, proteinas que participan en la ubicación, fusión de las vesículas y formación del poro en el membrana presináptica a través del cual se libera el neurotransmisor.

El espacio sináptico es una dependencia del medio interno con el cual está comunicado. Pero parece existir en él una compleja organización donde hay enzimas que pueden destruir al neurotransmisor, como es el caso de la acetilcolinesterasa en sinapsis del tipo “colinérgicas” y otros componentes cuyo papel se estudia intensamente. En la parte postsináptica se encuentran los receptores que reciben y son activados por el neurotransmisor. De las características de estos receptores y de sus interacciones depende no sólo el paso de la información a través de la sinápsis sino el que ella pueda ser modificada (plasticidad), mecanismo que parece representar la base de procesos como el aprendizaje y la memoria. Actividad 11: Según la descripción anterior y las indicaciones entregadas en clases, rotula las siguientes estructuras en la micrografía electrónica de la figura 33: o Terminal pre-sináptico o Terminal post-sináptico o Hendidura sináptica o Vesísulas sinápticas o Mitocondrias

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La sinapsis química vincula le membrana pre y post-sináptica mediante neurotransmisores

El mecanismo de liberación de neurotransmisores es muy complejo y en él juega un papel fundamental el Ca+2. Por la llegada del potencial de acción al terminal nervioso se abren los canales de calcio presentes en la membrana del terminal y el ión en tra por difusión. Se produce así en la inmediata vecindad al interior de cada canal una momentánea alza de la concentración del ión. Los canales se abren en el momento del “peak” del potencial de acción y el Ca+2 que entra genera un ambiente de elevada concentración del ión ubicado a corta distancia del punto donde debe ejercer su efecto, que es la vesícula sináptica inactiva. Se cree que el calcio no sólo propicia la liberación de las vesículas sinápticas, sino que tendría un rol importante en el traslado de las mismas hacia las zonas de la membrana pre-sináptica que se utilizan para tal liberación. Es importante recalcar que las vesículas no “salen” del botón sináptico. Cuando la vesícula se acerca al borde del botón sináptico, ambas membranas se funden como ocurre en cualquier otro proceso de exocitosis. De esta manera, sólo el neurotransmisor es despedido hacia la hendidura sináptica, mientras la membrana de la vesícula se hace parte del botón sináptico. De todas formas, la endocitosis que permanentemente recupera parte de los neurotransmisores antes liberados, garantiza que el botón mantenga su estructura y tamaño, y que exista un número adecuado de vesículas para el siguiente ciclo. Si el neurotransmisor no es recuperado mediante tales vesículas de endocitosis o endosomas, probablemente será degradado mediante enzimas específicas para cada tipo de neurotransmisor. Tal fenómeno es importante, pues si bien la sinapsis debe garantizar la comunicación entre neuronas, debe constituir un pulso discontinuo y muy breve. Si los neurotransmisores se quedaran permanentemente en la hendidura sináptica, podrían mantenerse unidos con los receptores de la membrana post-sináptica generando potenciales sin posibilidades de retroalimentación. En términos simples, costaría mucho deshacerse de un impulso una vez que se le da inicio. El desgaste energético sería enorme y la eficiencia del proceso, nula. Los receptores químicos de la membrana plasmática post-sináptica ubicados en el soma o en la región dendrítica son los que reciben la información que les llegan desde los terminales nerviosos pre-sinápticos que inervan la neurona. Es la naturaleza inhibidora o excitadora de esos receptores la que determinará si esa neurona será estimulada (aumento en ella de la generación de potencia les de acción) o será inhibida (disminución del número de potenciales que genera en reposo). En las sinapsis exitatorias, el neurotransmisor actúa aumentando la permeabilidad de la membrans post-sináptica a los iones sodio. El paso de Na+ desde el espacio sináptico determina una pequeña inversión localizada de la polaridad, generándose un potencial post-sináptico excitatorio (PPSE). Estos pequeños PPSE, por sí solos, no causan una depolarización en toda la membrana (de la dendrita o el soma post-sináptico), pero pueden sumarse para originar un potencial de acción que se autopropaga.

Figura 34

1. Terminal nervioso 2. Vaina de mielina 3. Citoesqueleto 4. Vesículas sinápticas inmaduras 5. Vesículas sinápticas maduras (aptas para la

exocitosis) 6. Vesículas sináptica en exocitosis 7. Neurotransmisor 8. Espacio o hendidura sináptica 9. Membrana presináptica 10. Eudosoma 11. Vesícula sináptica en recuperación 12. Canales de calcio

En la sinapsis inhibitorias, el neurotransmisor genera potenciales post-sinápticos inhibitorios (PPSI), los que refuerzan la polarización de la membrana post-sináptica. La hiperpolarización se produce por ingreso de iones Cl- a la neurona y a la salida de iones K+ al espacio sináptico. Para que el soma de una neurona pueda propagar efectivamente el potencial transmitido por otras neuronas, se requiere que se produzca el fenómeno de sumación de potenciales: se debe alcanzar una depolarización mínima, para desencadenar el potencia l de acción autopropagado desde el cono axónico. Tal sumación puede ser espacial, por acumulación de PPSE provenientes de varios botones (de la misma o varias neuronas) o bien, temporal, por acumulación de PPSE provenientes de un mismo botón emitidos

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sucesivamente. Ahora bien, si simultaneamente el soma neuronal recibe PPSI (lo que suele ser más regla que excepción), la sumación de PPSE cobrará especial sentido, pues será necesario revertir la hiperpolarización inhibidora. Este juego que simula un interruptor es el que opera en los mecanismos de modulación neuromuscular explicados en las páginas 8 y 9 de la guía. Actividad 12: o Observa detenidamente el siguiente esquema que resume los principales eventos de la sinapsis química. Tu tarea consiste en

anotar lo que sucede en cada una de las etapas numeradas, según las descripciones que se hicieron antes. o Luego analiza el esquema de la figura 36, identifica a qué número(s) de las etapas de la sinapsis química corresponde e intuye si se

trata de una sinapsis exitatoria o inhibitoria. Justifica.

Figura 35. Etapas de la sinapsis química:

1. _____________________________________________

2. _____________________________________________

3. _____________________________________________

4. _____________________________________________

5. _____________________________________________

6. _____________________________________________

7. _____________________________________________

8. _____________________________________________

Figura 36

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Actividad 13:

o Estudia la figura 37 y determina cuál de las dos neuronas

se encuentra generando PPSE y cuál PPSI. o Explica las diferencias entre R1 y R2 para cada uno de los

potenciales propagados o De acuerdo a la situación planteada, ¿se propagará o no

el impulso nervioso?

Figura 37

Los neurotransmisores tienen distintas estructuras moleculares y actúan específicamente Actividad 14 En la siguiente tabla se detalla la estructura molecular de la mayoría de las sustancias que hoy se conoce poseen función neurotransmisora. Esto es, cumplen con todas las características antes señaladas en el funcionamiento de la sinapsis química. En la página siguiente se presenta un cuadro en que aparecen las acciones de siete de estas sustancias. En base a las fuentes recomendadas, establece la relación correcta entre el neurotransmisor y la acción de que es responsable.

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Acciones de los principales neurotransmisores Neurotransmisor Acción Comentario - pista

1. Neurotransmisor de las neuronas motoras medulares y de algunas vías neuronales en el cerebro.

Se degrada en la sinapsis por la acetilcolinesterasa; bloqueadores de esta enzima son venenos poderosos.

2.

Usado en ciertas vías nerviosas en el cerebro y en el sistema nervioso periférico; causa relajación en los músculos intestinales y contracción más rápida del corazón.

Relacionado con epinefrina.

3. Neurotransmisor del sistema nervioso central.

Involucrado en la esquizofrenia. La causa de la enfermedad de Parkinson es la pérdida de neuronas que utilizan este neurotransmisor.

4. Neurotransmisor del sistema nervioso central involucrado en el control del dolor, el sueño y el humor.

Ciertos medicamentos que elevan el estado de ánimo y contrarestan la ansiedad actúan aumentando sus niveles.

5. Neurotransmisor excitatorio más común en el sistema nervioso central.

Algunas personas presentan ciertas reacciones al consumir alimentos que contienen glutamato de sodio, porque éste puede afectar al sistema nervioso.

6. Neurotransmisores inhibidores.

Drogas benzodiazepínas, usadas para reducir la ansiedad y producir sedación, imitan su acción.

7. Usados por ciertos nervios sensoriales, especialmente en las vías del dolor.

Sus receptores son activados por drogas narcóticas: opio, morfina, heroína, codeína.

Los neuromoduladores son sustancias que modifican la capacidad sináptica de los neurotransmisores

Casi todas las drogas que actúan en el cerebro alterando el humor o el comportamiento, lo hacen intensificando o inhibiendo la actividad de los sistemas neurotransmisores. La cafeína, la nicotina y las anfetaminas, estimulan la actividad cerebral en forma análoga a los neurotransmisores excitatorios en las sinapsis. La cloropromazina y los tranquilizantes relacionados bloquean los receptores de dopamina en muchos sitios, mientras que el ácido lisérgico -LSD- (un alucinógeno) inhibe la acción de la serotonina cerebral. Varios neuropéptidos, junto con otras sustancias neuroactivas, pueden desempeñar otro papel en la transmisión sináptica; no generar la señal transmisora sino regularla. Estas moléculas, que pueden ser liberadas de las mismas terminales axónicas que los neurotransmisores principales o de otras células, se conocen como neuromoduladores. Aunque éstos pueden moverse directamente a través de la hendidura sináptica, también pueden difundir a una distancia mayor, afectando a numerosas células dentro de una región local del sistema nervioso central. Al igual que los neurotransmisores, se unen a receptores específicos de membrana y alteran los canales iónicos o ponen en movimiento segundos mensajeros (moléculas mediadoras que fueron estudiadas en la estimulación de las hormonas peptídicas); sus efectos frecuentemente consisten en modular la respuesta de la célula a un neurotransmisor principal. Se han identificado hasta el momento más de 200 sustancias diferentes que funcionan como neuromoduladores. Estas incluyen las endorfinas, los interferones y las interleucinas, las hormonas liberadoras hipotalámicas, las hormonas hipofisarias, las hormonas de páncreas como la insulina, y hasta las hormonas digestivas gastrina y colecistocinina. Las dendritas y el cuerpo celular de una sola neurona pueden recibir señales -en forma de moléculas de neurotransmisor o neuromodulador- enviadas por centenares o hasta por miles de sinapsis. La unión de cada molécula a su receptor tiene cierto efecto en el grado de polarización de la célula postsináptica. Si el efecto es que el interior de la célula se vuelve menos negativo (depolarización) se dice que es excitatorio. Por el contrario, si el efecto es que se mantiene al potencial de membrana en valores cercanos al potencial de reposo, o aun, el interior se hace más negativo (hiperpolarización), se dice que es inhibitorio. Los cambios en la polaridad inducidos por los neurotransmisores y los neuromoduladores se extienden desde las sinapsis a través de la célula postsináptica al cono axónico, que es la región del axón en la cual puede originarse un impulso nervioso. Como ya se dijo, si el efecto colectivo es una depolarización suficiente como para permitir un flujo de iones Na+ tal que constituya el inicio de un potencial de acción, entonces comienza un impulso nervioso en el axón de la célula postsináptica y un nuevo mensaje es enviado velozmente a una multitud de otras neuronas con las cuales hace sinapsis el axón El procesamiento de la información que ocurre dentro del soma de cada neurona individual desempeña un papel central en la integración y en el control ejercido de manera conjunta por los sistemas nervioso y endocrino. Es afectado no sólo por los neurotransmisores y neuromoduladores específicos recibidos por la célula, sino también por su cantidad, el tiempo preciso de su llegada y las localizaciones en la neurona de las varias sinapsis y receptores.

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Actividad 15: o Describe y compara la acción neuromoduladora de las encefalinas y la morfina, tal como se describe en la figura 38 o ¿Podría decirse que las dos sustancias realizan la misma acción, pero lo hacen de distintas forma? o Investiga: ¿cuál de las dos sustancias es producida por el cuerpo humano? ¿en qué situaciones? ¿cuál es el origen de la otra

sustancia?

Las drogas operan como neuromoduladores en la medida que estimulan o inhiben la actividad sináptica a distintos niveles del proceso. En la figura 39 se resumen las etapas de la función sináptica que pueden alterarse por drogas y se ejempli fica con dos sustancias ampliamente reconocidas como drogas: anfetaminas (como ejemplo de droga lícita) y cocaína (como ilícita)

Figura 38. Acción de las encefalinas y la morfina en cierto tipo de sinapsis química

Figura 39. Etapas de la sinapsis química que pueden perturbarse por la presencia de drogas

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Actividad 16: Observa detenidamente la figura 40, en que se muestra la manera en que fluctúan los potenciales de acción en distintas regiones de una neurona sensitiva, detectados por microelectrodos conectados a un osciloscopio. Tu tarea consiste en explicar cuál es la relación entre la intensidad de un estímulo (duración y amplitud), la frecuencia e intensidad de los potenciales de acción que se generan y la sinapsis correspondiente.

Figura 40

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Actividad 17: Hasta aquí básicamente has aprendido dos grandes conceptos acerca del funcionamiento del sistema nervioso: o la información nerviosa viaja a través de circuitos constituidos por arcos reflejos o el mecanismo que permite transmitir impulsos nerviosos es el potencial de acción El siguiente esquema intenta integrar estas dos ideas. En tu cuaderno, redacta una descripción detallada y un título tentativo para esta figura:

Actividad 18 (optativa) Todas las explicaciones que se han entregado en torno a sinapsis, se relacionan con la sinapsis química. Y es que existe otra más: la “sinapsis eléctrica”. En la figura 42 se esquematiza una sinapsis eléctrica y se entregan algunas pistas de su funcionamiento. A partir de esta descripción, señala: o En qué se parece y diferencia con la sinapsis química o ¿Qué debería ocurrir con la velocidad de esta sinapsis en comparación con la química? ¿Por qué? o ¿En qué lugares del sistema nervioso deberían existir este tipo de sinapsis?

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El siguiente documento te será útil en la actividad 14 y también sirve de prólogo a la unidad sobre higiene mental, que se verá más adelante. Su lectura te aclarará varios aspectos en torno a la acción biológica de las drogas o más precisamente, “sicofármacos”.

Conociendo cómo actúan las drogas: “los sicofármacos” Proteínas, blanco de la acción de muchas drogas Las drogas, los remedios o los fármacos son sustancias de origen natural o de síntesis química que modifican la actividad celular. Las drogas, como todas las moléculas, tienen una estructura definida por sus átomos; su conformación espacial cambia con el movimiento térmico molecular. Las drogas interactúan con las proteínas y otras macromoléculas de las células. La gran mayoría de las drogas se unen o asocian con las proteínas del cuerpo a través de fuerzas moleculares relativamente débiles, como las uniones electrostáticas, puentes de hidrógeno, o fuerzas hidrofóbicas. Esto significa que la unión de las drogas a las proteínas es t ransitoria, o reversible, ya que estas interacciones son relativamente inestables. La unión de las drogas depende de su estructura espacial, concepto que se conoce como unión estereo-específica. Esto quiere decir que la unión de las drogas a las proteínas, por ejemplo, no es sólo específica para cada molécula por su estructura sino que, además, la unión reconoce la orientación espacial de los átomos en cada molécula. Existen moléculas idénticas en estructura y composición, pero que sólo difieren en la orientación espacial de sus átomos. Estas moléculas se llaman isómeros ópticos o enantiómeros. Muchas proteínas del cuerpo reconocen los isómeros ópticos con diferencias de actividad entre 10 y 10 000 veces. Así por ejemplo, la hormona adrenalina tiene 2 isómeros ópticos: la L-adrenalina y la D-adrenalina. La L-adrenalina aumenta la frecuencia cardíaca en dosis 100 veces menores que la D-adrenalina. El cuerpo sólo sintetiza L-adrenalina, pero en los laboratorios químicos se sintetizan ambas. Como resultado de la unión estereo-específica de las drogas con las proteínas, éstas cambian la actividad funcional de muchas proteínas. La interacción de las drogas con las proteínas se puede traducir en aumento o disminución de su actividad biológica. Al conjunto de drogas que aumentan la actividad de enzimas u otras proteínas se las llama agonistas, mientras que aquellas drogas que inhiben la acción de las enzimas y otras proteínas se llaman antagonistas. Por lo tanto, los sicofármacos pueden ser agonistas o antagonistas. Las drogas tienen especificidad tisular Las drogas se unen en forma relativamente selectiva sólo a algunas macromoléculas, las que a su vez se localizan sólo en determinados tejidos, particularmente en algunos tipos de células. Por esta razón, la gran mayoría de las drogas son bastante específicas, especialmente cuando se usan en dosis bajas. Existen drogas que actúan modificando sólo el metabolismo bacteriano ya sea porque inhiben la síntesis de proteínas, o de los ácidos nucleicos, o de algunos metabolitos esenciales de éstas células. Al conjunto de estas drogas tan particulares se las llama comúnmente antibióticos y se usan en medicina para combatir enfermedades infecciosas causadas por las diferentes bacterias. Otras drogas presentan cierta especificidad por las células del corazón y se usan en medicina para aumentar la fuerza de contracción de este músculo o para modificar el ritmo cardíaco. Hay drogas que actúan en el riñón favoreciendo la eliminación de agua. Estas drogas son los diuréticos, compuestos que se usan desde hace muchos años en la práctica médica para tratar una serie de enfermedades. Los sicofármacos Una familia de drogas muy interesante afecta en forma relativamente exclusiva el funcionamiento del cerebro y por lo tanto del sistema nervioso. Muchas de estas drogas modifican la conducta tanto de los seres humanos como de los sujetos experimentales, es decir, los animales de uso corriente en los laboratorios de investigación: ratas, ratones o conejos. A la familia de drogas que actúan en el sistema nervioso central se las conoce como sicofármacos. Estas drogas afectan la “psiqué,” es decir, los estados de la mente. Sólo una parte de los sicofármacos, son drogas de abuso, es decir aquellas drogas que se consumen en forma compulsiva y desarrollan el fenómeno de la drogadependencia. Por ejemplo, drogas como la fenitoína o la carbamacepina, prototipo de medicamentos antiepilépticos, sin dudas son sicofármacos porque reducen la estimulación cerebral. Otro tanto sucede con los anestésicos generales que alteran el estado de conciencia. Sin embargo, a pesar de que los enfermos con epilepsia usan estas drogas por años, estos pacientes no se hacen dependientes de este tipo de drogas, como tampoco son dependientes las personas que fueron anestesiadas. El alcohol etílico, o el etanol, principio activo común a la cerveza, el vino, el pisco y tantas bebidas alcohólicas, también reduce la estimulación cerebral, pero a diferencia de las drogas antiepilépticas, causa rápida y muy severa droga-dependencia. Por lo tanto, el alcohol, a diferencia de las drogas antiepilépticas o los anestésicos generales, es un sicofármaco de abuso, es decir que produce adicción. Repasando las sinapsis, la acción de los neurotransmisores y sus receptores Hace aproximadamente cien años, el sabio español Santiago Ramón y Cajal, utilizando un primitivo microscopio examinó minuciosamente una infinidad de cortes cerebrales. Observó que las neuronas no estaban unidas entre sí. Estudios posteriores, con los poderosos microscopios electrónicos, precisaron que la unión entre neuronas denota un espacio físico particular constituido por los terminales

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especializados de las membranas de las células adyacentes. Uno de estos terminales, el llamado pre-sináptico se caracteriza por la presencia de una enorme cantidad de pequeñas vesículas, las que almacenan los neurotransmisores. Estas son sustancias químicas que usa la neurona para comunicarse con otra neurona. Se definió la sinapsis como el espacio interneuronal, el sitio donde ocurre la liberación de los neurotransmisores. La neurona, o la célula que recibe los neurotransmisores se llama neurona post-sináptica. Se han identificado numerosos neurotransmisores, tanto en el sistema nervioso central como en el sistema autonómico y los ganglios mientéricos. Estos son de naturaleza química muy diferente: algunos son aminas, mientras otros son ácidos. Algunos son aminoácidos, otros son lípidos, otros contienen azúcares, mientras otros son péptidos. Recientemente se han identificado 2 neurotransmisores que son gases muy sencillos. Uno de ellos es el óxido nítrico (NO), y el otro es el monóxido de carbono (CO). Todos los neurotransmisores se liberan en la sinapsis e interactúan con proteínas específicas llamadas receptores. La unión del neurotransmisor con su receptor gatilla una respuesta celular que activa o inhibe la neurona. Cada neurotransmisor interactúa con un o varios receptores que le son exclusivos, de la misma forma como las llaves abren una cerradura. Existen esencialmente dos tipos de receptores para neurotransmisores. Uno de ellos se caracteriza porque transporta iones al interior de la célula, mientras otra extensa familia de receptores está acoplada a la síntesis de mensajeros intracelulares. Por lo tanto, como consecuencia de la interacción de un neurotransmisor con su receptor, o se movilizan iones al interior de la neurona post-sináptica o se activa la síntesis de mensajeros intracelulares. Según la naturaleza del neurotransmisor y su receptor, el resultado del reconocimiento y unión de los neurotransmisores con su receptor hace que la neurona post-sináptica se despolarice (neurotransmisor excitatorio) o se hiperpolarice (neurotransmisor inhibitorio). Muchos sicofármacos se unen a estos receptores y activan o inhiben la sinapsis. Ejemplos clásicos son dos neurotransmisores ampliamente estudiados: la acetilcolina y el ácido gama aminobutírico o GABA. La acetilcolina es el neurotransmisor de la unión neuromuscular de los mamíferos, el transmisor químico que nos permite movilizarnos. En esta sinapsis, la acetilcolina interactúa con el receptor nicotínico, también conocido como el receptor de la placa motriz, para diferenciarlo de otros receptores nicotínicos localizados en los ganglios o en el cerebro. Este receptor es una proteína constituida por cinco subunidades que forman un canal iónico muy selectivo, pero no exclusivo, para el catión sodio. La unión de la acetilcolina a este receptor se traduce en un cambio en la conformación de este conjunto de proteínas lo que abre durante mili-segundos el canal, posibilitando la entrada de sodio al interior del músculo esquelético. La entrada de carga positiva al músculo lo despolariza iniciando el proceso de la contracción muscular. Por otro lado, el GABA interactúa con el receptor GABA-A, el cual es también una proteína con 5 subunidades que forma un canal selectivo para el anión cloruro. Cuando el GABA se une a su receptor, éste cambia la conformación del receptor y abre el poro del canal permitiendo la entrada de cloruros. Esto aumenta la carga negativa en la sinapsis e impide su despolarización. La acción de muchos sicofármacos ocurre a nivel de la sinapsis Investigaciones de eminentes farmacólogos y fisiólogos durante los últimos 30-40 años han permitido precisar que la acción de la gran mayoría de los sicofármacos ocurre a nivel de la sinapsis. Se conocen diversos mecanismos que explican cómo los sicofármacos pueden modificar la conducta humana. Uno de ellos es que en la sinapsis los sicofármacos son reconocidos y se unen a los receptores de los neurotransmisores. Otro mecanismo indica que los sicofármacos modifican el almacenamiento de los neurotransmisores en las vesículas sinápticas o interfieren con el sistema de reciclaje de éstos. Otros mecanismos incluyen la modulación del receptor donde actúan los neurotransmisores, o la acción de éstos en canales iónicos o de transporte de metabolitos esenciales. Un mecanismo de acción muy común de los sicofármacos es el de remedar la acción de algún neurotransmisor en los receptores de la sinapsis. Este efecto ocurre aparentemente porque existen grandes homologías estructurales entre la conformación espacial de los sicofármacos y los neurotransmisores. Esta similitud permite que los sicofármacos activen o inhiban los receptores para los neurotransmisores. Un ejemplo relativamente bien estudiado es el de la nicotina. Este alcaloide, el producto natural de la planta Nicotiana tabacum, imita la acción de la acetilcolina en los receptores nicotínicos. La nicotina llega al sistema nervioso y activa los receptores nicotínicos. Esto se traduce en cambios conductuales, porque aumenta la actividad de estos receptores en ciertas v ías neuronales del cerebro. Otro tanto sucede con la morfina, el alcaloide de Papaver somniferum. Este poderoso analgésico reconoce y activa los receptores opioides del sistema nervioso porque imita la acción de las endorfinas, que son neurotransmisores de naturaleza peptídica. Todos estos ejemplos son de sicofármacos que actúan como agonistas. Existen otros sicofármacos que son antagonistas, es decir, inhiben la acción de los neurotransmisores. Un ejemplo de estas drogas es la estricnina, un alcaloide que es un poderoso estimulante del sistema nervioso que produce convulsiones. La estricnina antagoniza la acción inhibitoria del neurotransmisor GABA. Como resultado de la inhibición de estas sinapsis, predominan las sinapsis excitatorias que llevan a que los sujetos intoxicados con estas drogas presenten severos cuadros convulsivos. Otros sicofármacos como el diazepam y derivados, conocidos miembros de la familia de las benzodiazepinas, se unen a un receptor para benzodiazepinas que es parte del receptor GABA-A, facilitando la unión de GABA a este receptor. La activación del receptor de las benzodiazepinas hace que el canal de cloruro, que naturalmente abre el GABA, se abra más, aumentado la cantidad de cloruros que entran a la célula. Este mayor influjo de carga negativa impide que éstas se despolaricen, explicando el efecto inhibitorio de estos sicofármacos. Este aumento de inhibición, o hiperpolarización, explica la acción sedativa y ansiolítica de esta importante familia de sicofármacos. Los sicofármacos modifican redes neuronales cerebrales Para dilucidar cómo los sicofármacos modifican la conducta, no basta con entender la unión de estas drogas con receptores cerebrales. Es necesario explicar cómo esta acción modifica vías neuronales cerebrales comprometidas en la conducta. Las neuronas

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están organizadas en torno a redes. Por lo tanto, el bloqueo o la activación de una determinada sinapsis en un núcleo cerebral preciso, hará que se modifique no sólo esa sinapsis, sino la actividad de una red neuronal, ya sea que ésta se inhiba o se exacerbe. Los sicofármacos actúan en todas las sinapsis del cerebro a las que tengan acceso. El cambio conductual que se observa luego de administrar un sicofármaco es la actividad integrada de todas las sinapsis y redes neuronales que se modifican por la acción del sicofármaco, en todos los núcleos cerebrales donde este sicofármaco actuó. La cocaína es un poderoso estimulante que inhibe el mecanismo de reciclaje de un conjunto de neurotransmisores llamados las aminas biogénicas, que incluye a la noradrenalina, dopamina y la serotonina. Estos neurotransmisores están localizados en muchos núcleos cerebrales. La cocaína bloquea el mecanismo de transporte intraneuronal de todas las aminas biogénicas. De esta manera, la noradrenalina, la dopamina y la serotonina permanecen más tiempo en la sinapsis, activando de forma mantenida sus receptores. Como resultado de esta acción, aumenta significativamente la excitabilidad cerebral. Sin dudas, la cocaína exacerba todas las vías neuronales donde las bioaminas actúan. El mecanismo de la cocaína es semejante, pero no igual, al de numerosos antidepresivos del tipo de la fluoxetina y drogas símiles, las que también interfieren con el reciclaje de las bioaminas. El uso de fluoxetina durante meses ha resultado útil en el tratamiento de enfermos de depresión. El mecanismo definitivo de la acción de estas drogas es aún desconocido. Estos ejemplos demuestran que la acción de los sicofármacos es muy compleja, y que no ha resultado obvio entender cómo estas drogas modifican la conducta humana. Estos ejemplos apoyan la interesante conclusión de que los sicofármacos pueden aumentar la excitabilidad neuronal a través de dos mecanismos diferentes: 1) bloquear sinapsis inhibitorias, o 2) estimular sinapsis excitatorias. Por analogía, la acción inhibitoria de los sicofármacos se logra porque éstos aumentan la actividad de sinapsis inhibitorias o bloquean las excitatorias. Droga-dependencia El uso crónico de muchos sicofármacos, como la nicotina, el alcohol, las benzodiazepinas, la cocaína, etc., produce adicción. Es decir, el uso repetido de estas drogas evidencia la tolerancia y dependencia. Estas son dos condiciones complementarias que establecen las bases de la droga-dependencia. La tolerancia se refiere al hecho de que con el uso crónico de un sicofármaco, la dosificación inicial se hace menos eficaz. Por lo tanto, se necesitan dosis mayores para experimentar los efectos iniciales de la droga. La dependencia se refiere, en cambio, a que el individuo necesita la droga y la busca en forma enérgica y compulsiva. Si este individuo no adquiere el sicofármaco, experimentará una serie de signos y síntomas que acusan su dependencia física y sicológica de la droga. La dependencia manifiesta el llamado síndrome de privación, que es un conjunto de signos y síntomas característico de la abstinencia de cada sicofármaco de abuso. Ambos fenómenos se desarrollan paralelamente. Si hay dependencia a un sicofármaco, también hay tolerancia y viceversa. El abuso de todos los sicofármacos desarrolla tolerancia y dependencia. Los sicofármacos que desarrollan más dependencia son la nicotina, la cocaína y el alcohol. Numerosos estudios demuestran que luego de 3-4 administraciones secuenciales de cocaína se produce dependencia. Otro tanto ocurre con la nicotina y etanol. Una vez que ésta se establece, es difícil liberarse de esta adicción, ya que la dependencia abre un apetito que busca desenfrenadamente la droga. Los adictos no pueden y temen dejar la droga; su ausencia despierta el síndrome de privación. El uso crónico de morfina y heroína no sólo produce dependencia, sino además una severa tolerancia, lo que lleva a escalar la dosis de estas drogas. En el caso de la heroína, la dosis de mantención de un individuo dependiente puede ser fácilmente 50-100 veces mayor que la dosis de uso inicial. Esta escalada en el abuso de la droga se puede desarrollar en cuestión de meses. Los mecanismos celulares que explican el desarrollo de la tolerancia y dependencia son aún desconocidos, aunque las bases moleculares de este fenómeno se investigan intensamente. Aparentemente la drogadependencia se relaciona con adaptaciones de las células blanco a la estimulación continua de sus receptores, lo que implica cambios en la expresión génica y la síntesis de proteínas particulares. Bases genéticas del alcoholismo Existen antecedentes respecto a que el alcoholismo tiene un componente hereditario que predispone al consumo del etanol. Tal vez esto también ocurre con otras drogas de abuso, pero esto aún no se sabe con certeza. Antecedentes fidedignos afirman que de padres alcohólicos nacen con mayor frecuencia hijos que de adultos serán alcohólicos. Este hecho no está relacionado con el ejemplo familiar, sino aparentemente con la existencia de genes que codifican para esta conducta. Se sospecha que existen al menos 7 genes que codifican para el alcoholismo. Se sabe, por ejemplo, que mellizos hijos de padres alcohólicos serán bebedores aunque ellos se críen separados en familias no bebedoras. Esta característica permite señalar con cierta convicción que el alcoholismo tiene una base genética que prima por sobre lo netamente social. La mejor demostración de las bases genéticas del alcoholismo la hizo un investigador chileno, el Dr. Jorge Mardones R. profesor de la Escuela de Medicina de la Universidad de Chile. Él desarrolló una cepa de ratas que son bebedores compulsivos de etanol. Separó las ratas bebedoras de las abstemias y ha mantenido una colonia de animales de investigación que han preservado esta característica por más de 100 generaciones de estos animales (más de 30 años). Las ratas desarrolladas por el profesor Mardones son famosas en el mundo científico que estudia las bases celulares del alcoholismo, y son un modelo extraordinariamente novedoso para estudiar la genética del alcoholismo. Siguiendo el ejemplo de este investigador, se estudia igualmente la genética que dispone a otras drogas de abuso. Sus resultados son aún incipientes, pero mostrarán frutos a corto plazo.