Comunicación neuronal
Conceptualización
La comunicación neuronal es el proceso fundamental mediante el cual las neuronas transmiten información. Esta comunicación es esencial para todas las funciones del sistema nervioso, desde la percepción sensorial y el control motor hasta los procesos cognitivos más complejos.
La comunicación neuronal puede dividirse en dos tipos principales: la comunicación intraneuronal y la comunicación interneuronal.
La comunicación intraneuronal ocurre dentro de una sola neurona y se basa en señales eléctricas conocidas como potenciales de acción. Por otro lado, la comunicación interneuronal se refiere a la transmisión de señales entre diferentes neuronas o entre neuronas y otros tipos de células, como células musculares o glándulas. Esta transmisión puede ser de dos tipos: eléctrica y química.
A continuación, exploraremos en detalle estos procesos, describiendo cómo se generan y propagan las señales dentro de las neuronas, y cómo estas se ñales se transmiten entre células para coordinar las diversas funciones del sistema nervioso.
Fuentes
Comunicación interneuronal
La comunicación interneuronal se refiere a la transmisión de señales entre diferentes neuronas o entre neuronas y otros tipos de células, como células musculares o glándulas.
Sinápsis
La transmisión sináptica es el principal mecanismo de comunicación interneuronal y puede involucrar la liberación de neurotransmisores (señales químicas) o la transferencia directa de corrientes iónicas (señales eléctricas) entre neuronas.
La transmisión sináptica sucede a través de sinápsis, que son las conexiones funcionales entre las neuronas. El proceso de sinápsis proceso es esencial para la función del sistema nervioso, ya que permite la transferencia de señales eléctricas y químicas de una neurona a otra.
La transmisión sináptica química es la más común en el sistema nervioso de los vertebrados y juega un papel crucial en la modulación de las respuestas neuronales, la plasticidad sináptica y la integración de la información. Entender este proceso es fundamental para comprender cómo se generan y modulan las señales en el cerebro y cómo se pueden alterar en diversas condiciones neurológicas.
En las siguientes subsecciones, exploraremos en detalle los mecanismos de la transmisión sináptica, los tipos de sinapsis, los neurotransmisores involucrados y cómo estas señales son integradas y procesadas por las neuronas.
Mensajeros químicos
Los mensajeros químicos son sustancias que permiten la comunicación entre células en el sistema nervioso y otros sistemas del cuerpo. Estos incluyen neurotransmisores, neuromoduladores, hormonas y feromonas, cada uno con su función específica y modo de acción.
- Neurotransmisores: actúan a corta distancia en sinapsis específicas entre neuronas.
- Neuromoduladores: actúan de manera dispersa y modulan la actividad neuronal.
- Hormonas: actúan sobre órganos distantes a través del torrente sanguíneo.
- Feromonas: importantes en animales, se liberan por el sudor y la orina para influir en el comportamiento de otros individuos de la misma especie.
Al hablar de sinapsis, generalmente hablamos de neurotransmisores. Sin embargo, la comunicación interneuronal incluye interacciones con los demás mensajeros químicos.
Comunicación intraneuronal
La comunicación intraneuronal ocurre dentro de una misma neurona. Este tipo de comunicación es esencial para la transmisión de información a lo largo de la neurona, desde el cuerpo celular (soma) hasta las terminales axónicas.
La comunicación intraneuronal se produce a través del potencial de membrana. El potencial de membrana puede ser de dos tipos: de reposo y de activación.
El siguiente gráfico muestra cómo el potencial de reposo es el estado base de la neurona, que puede dar lugar a un potencial de acción si se alcanza un umbral de activación.
Leyenda:
- ⬤ Potencial de acción
- ⬤ Reposo
Potencial de membrana
El potencial de membrana se refiere a la diferencia de carga eléctrica a través de la membrana plasmática de una célula en cualquier momento dado.
La membrana de la neurona es una capa que separa el fluido intracelular del fluido extracelular. Consiste en una doble capa de moléculas lipídicas en la que flotan diferentes tipos de moléculas proteicas, incluyendo canales que controlan la entrada y salida de sustancias como iones.
Esta diferencia de potencial es el resultado de la distribución desigual de iones entre el interior y el exterior de la célula. Todos los tipos de células exhiben un potencial de membrana.
El potencial de membrana puede adoptar varios estados en función de la actividad celular.
El potencial de reposo es el estado basal y estable de la neurona; mientras que el potencial de acción es un estado transitorio de polarización.
Los iones relevantes en el fluido intracelular y extracelular incluyen:
- Aniones orgánicos (A-): más concentrados en el interior de la célula.
- Cloruro (Cl-): más concentrado en el exterior.
- Sodio (Na+): más concentrado en el exterior.
- Potasio (K+): más concentrado en el interior.
Canales iónicos
Los canales iónicos son canales formatos por proteínas a lo largo de la membrana de la célula. Son como compuertas de la membrana lipídica que regulan el paso de moléculas.
Estos canales tienen la capacidad de abrirse o cerrarse. Cuando están abiertos, un tipo concreto de ión puede fluir a través del poro; y cuando están cerrados, no pueden fluir.
Es decir, son los canales iónicos quienes determinan la permeabilidad de la membrana. Y su apertura o cierre depende de los cambios en el estado del potencial de membrana.
Factores que influyen en el estado del potencial
El potencial de membrana es resultado de una tensión factores que inducen la homogenización de la carga eléctrica, y otros que inducen la diferenciación de la carga electrica entre el interior y el exterior de la célula.
Factores de homogenización
Estos son los factores que crean las condiciones para evitar que exista diferencia de cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la membrana.
Fuerza de difusión
Las moléculas se distribuyen homogéneamente desde regiones de mayor concentración hacia regiones de menor concentración.
Fuerza de presión electrostática
Fuerza de atracción entre partículas atómicas cargadas de signos opuestos y repulsión entre partículas con la misma carga.
Factores de diferenciación
Estos son los factores que crean las condiciones para que sí exista diferencia de cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la membrana.
Permeabilidad diferencial de la membrana
En reposo, la membrana es más permeable a los iones de potasio (K+) que a los de sodio (Na+) y cloro (Cl-). Este factor se considera pasivo porque no supone consumo de energía.
La siguiente tabla resume cómo diferentes fuerzas afectan la distribución de iones:
| Ion | Mayor concentración | Fuerza de difusión | Presión electrostática | Resultado |
|---|---|---|---|---|
| A⁻ | Interior | No aplica | No aplica | Más concentrados en el interior, membrana celular impermeable a estos iones |
| K⁺ | Interior | Induce el movimiento hacia fuera | Como el exterior está cargado positivamente, induce el movimiento hacia dentro | Dos fuerzas contrapuestas se equilibran, iones K⁺ permanecen donde están |
| Cl⁻ | Exterior | Induce el movimiento hacia dentro de la célula | Como el interior tiene carga negativa, induce el movimiento hacia fuera | Dos fuerzas contrapuestas se equilibran entre sí |
| Na⁺ | Exterior | Induce el movimiento hacia dentro de la célula | Como el interior tiene carga negativa, induce el movimiento hacia dentro | Las dos fuerzas inducen el movimiento del Na⁺ al interior de la célula, sin embargo, el Na⁺ está más concentrado en el exterior debido a la actividad de la bomba de sodio-potasio |
Bomba de sodio-potasio
Es un mecanismo que contínuamente expulsa sodio (Na+) del axón. Concretamente, intercambia 3 iones de sodio (Na+) por 2 iones de potasio (K+). Este proceso va en contra de sus gradientes eletroquímicos, por lo que requiere energía del ATP producida por la mitocondria. Este factor se considera activo porque supone consumo de energía.
Potencial de reposo
El potencial de reposo es uno de los potenciales de membrana.
En estado de reposo, el interior de la neurona presenta una carga negativa respecto al exterior, aproximadamente -70 mV. Esta carga negativa es el llama potencial de reposo.
Otra forma de referirse a la carga negativa es como polarización; es decir: la célula está polarizada, debido a la diferente distribución de iones a ambos lados de la membrana.
Pregunta
En estado de reposo la membrana es mucho más permeable a los iones de:
Potencial de acción
El potencial de acción es uno de los potenciales de membrana.
Este potencial consiste en una serie de alteraciones en la membrana del axón, permitiendo que iones se desplacen entre el interior del axón y el líquido que lo rodea, produciendo corrientes eléctricas.
El potencial de acción es una señal eléctrica que se genera por cambios en la permeabilidad de la membrana a iones específicos. Se produce cuando un estímulo alcanza el umbral de excitación, despolarizando la membrana y permitiendo la entrada de Na+.
Este cambio invierte momentáneamente la polaridad de la membrana, de -70 mV a +50 mV, y se propaga a lo largo del axón de manera constante.
Umbral de excitación
El umbral de excitación es la intensidad mínima de un estímulo para generar la despolarización de la membrana. Si la despolarización tiene amplitud suficiente, desencadena el potencial de acción.
Secuencia del potencial de acción
El potencial de acción sigue una secuencia, con los siguientes pasos:
- Estímulo: alcanza el umbral de excitación.
- Despolarización: apertura de canales de Na+ dependientes de voltaje, permitiendo la entrada de Na+, cuya consecuencia es la despolarización. Al hacer esto, el interior de la neurona se vuelve positivo.
- Apertura de canales de K+: los canales ionicos de K+ se abren, permitiendo la salida de K+.
- Bloqueo de canales de Na+: al mismo tiempo, los canales iónicos de Na+ se cierran, impidiendo la entrada de Na+.
- Repolarización: como consecuencia de la salida continua de K+, el interior de la célula pierde su carga negativa. Esto se denomina repolarización.
- Cierre de canales de K+: la membrana vuelve a su valor normal y los canales K+ se cierran para impedir la mayor repolarización.
- Hiperpolarización: a pesar del paso anterior, la membrana ha excedido su polarización basal. Sin embargo, vuelve a su estado basal gracias a los factores de homogenización.
En esencia, el estímulo logra que el interior de la célula se cargue con energía positiva durante un breve periodo de tiempo. Después, la célula se descarga más allá de su estado inicial. Finalmente, vuelve a su estado inicial de polarización.
Conducción a través del axón
El paso de iones a través de los canales iónicos de la membrana de la neurona sólo puede suceder en unos lugares concretos de la membrana del axón. Estos lugares se llaman nódulos de Ranvier.
Sin embargo, esto no sucede en toda la neurona, sino sólo las secciones del axón que están mielinizadas. Esto aumenta la velocidad de la conducción axónica. Este mecanismo de conducción se llama conducción saltatoria, porque la carga va saltando de sección en sección.
Periodo refractario
El periodo refractario es el espacio de tiempo en el que la célula se polariza más alla de su estado basal. Tiene dos fases:
- Absoluto: en este periodo, no es posible provocar un segundo potencial de acción.
- Relativo: en este periodo, sí es posible provocar un nuevo potencial de acción; pero solo si el estímulo es superior al normal.
El término "refractario" en el contexto del periodo refractario proviene de la palabra latina "refractarius", que significa "resistente" o "rebelde". En fisiología, se utiliza para describir un periodo durante el cual una célula excitada, como una neurona, es menos capaz o incapaz de responder a un estímulo adicional.
Después del periodo refractario, la célula vuelve a su estado basal, donde sí es posible producir un potencial de acción.
Tipos de sinapsis
La transmisión sináptica es el proceso de comunicación entre neuronas a través de sinapsis.
Se distinguen varios tipos de sinapsis según diferentes criterios.
Según el tipo de células
Las sinapsis pueden clasificarse según el tipo de células que participan en la comunicación:
- Neurona con neurona: en esta sinápsis, tanto la célula presináptica como la postsináptica son neuronas. Este tipo de sinapsis es común en el sistema nervioso central.
- Neurona con célula muscular (unión neuromuscular): en esta sinápsis, una célula muscular es inervada por una motoneurona. Este tipo de sinapsis es crucial para la contracción muscular.
- Neurona con célula secretora: en esta sinápsis, la célula presináptica es una neurona y la postsináptica es una célula que segrega sustancias, como hormonas. Un ejemplo es la inervación de las células de la médula suprarrenal, que liberan adrenalina en el torrente sanguíneo.
Según los efectos postsinápticos
Las sinapsis pueden clasificarse según los efectos que producen en la célula postsináptica:
- Sinapsis excitadoras: causan despolarización en la membrana de la célula postsináptica, lo que puede desencadenar potenciales de acción si la despolarización supera el umbral de excitación.
- Potenciales postsinápticos excitatorios (PEPs): Despolarizaciones que acercan el potencial de membrana al umbral para la generación de un potencial de acción.
- Sinapsis inhibidoras: causan hiperpolarización en la membrana postsináptica, dificultando la generación de potenciales de acción.
- Potenciales postsinápticos inhibitorios (PIPs): Hiperpolarizaciones que alejan el potencial de membrana del umbral para la generación de un potencial de acción.
Según la forma de transmisión
Las sinapsis pueden clasificarse según cómo se transmite la información:
- Sinapsis química: son las más frecuentes. La transmisión se realiza mediante la liberación de neurotransmisores desde la neurona presináptica, que interactúan con receptores en la célula postsináptica, causando cambios en el potencial de membrana.
- Sinapsis eléctrica: representan una pequeña fracción del total de sinapsis. La información se transmite por corrientes locales a través de canales especializados que conectan dos células.
Según el lugar de contacto
Las sinapsis pueden clasificarse según el lugar donde se produce el contacto entre las neuronas:
- Axón con dendrita (Axodendríticas): el axón hace sinapsis sobre las dendritas postsinápticas. Generalmente son excitadoras. Son las sinápsis más típicas.
- Axón con soma (Axosomáticas): el axón hace sinapsis sobre el soma de la neurona postsináptica. Suelen ser inhibidoras.
- Axón con axón (Axoaxónicas): el axón hace sinapsis sobre otro axón, modulando la cantidad de neurotransmisor liberado.
- Dendrita con dendrita (Dendrodendríticas): ocurren en neuronas con prolongaciones cortas, ayudando a organizar la actividad de grupos neuronales.
Pregunta
Las sinapsis axosomáticas:
Sinapsis química
La sinápsis química es uno de los dos tipos de sinápsis, junto a la eléctrica. La sinápsis química sucede tanto en la comunicación intraneuronal como la interneuronal.
Elementos de la sinapsis química
Una sinapsis química posee tres componentes básicos:
- Terminal pre-sináptico: donde se liberan los neurotransmisores.
- Espacio sináptico: el espacio entre la neurona presináptica y la postsináptica.
- Especialización post-sináptica: la membrana de la célula postsináptica que contiene receptores específicos para los neurotransmisores.
Etapas de transmisión sináptica
La transmisión sináptica requiere una serie de pasos secuenciales:
A continuación, explico cada una de esas etapas.
1. Síntesis del neurotransmisor
Primero, es necesario sintetizar los neurotransmisores. La síntesis de los neurotransmisores se sintetizan en el citoplasma, que se encuentra en el soma.
2. Almacenamiento
Los neurotransmisores deben ser almacenados para su posterior uso. El almacenamiento se empaqueta en el aparato de Golgi. Si son neurotransmisores pequeños, se almacenan en el botón terminal, cerca del lugar en el que serán utilizados. Por el contrario, si los neurotransmisores son grandes, se almacenan en el cuerpo de la neurona.
3. Liberación en el espacio sináptico
Para que el neurotransmisor pueda establecer contacto con otra célula, tiene que ser liberado al espacio sináptico. El proceso de liberación del neurotransmisor se denomina exocitosis. Esta liberación sucede gracias al potencial de acción, que permite la fusión de vesículas con la membrana presináptica y la liberación del neurotransmisor.
4. Unión a receptores postsinápticos
Cuando el neurotransmisor está en el espacio sináptico, es necesario que se una a la célula postsináptica. Para ello, los neurotransmisores se unen a receptores postsinápticos, abriendo canales iónicos que generan potenciales postsinápticos. Sin embargo, este proceso es específico: cada tipo de neurotransmisor debe ir a un punto de unión específico. Estos receptores pueden ser:
- Receptores ionotrópicos: contienen un lugar de unión para un neurotransmisor y un canal iónico que se abre al acoplarse el neurotransmisor. Provocan potenciales postsinápticos inmediatos. En esencia: cuando el neurotransmisor llega al receptor, los canales iónicos de la célula post-sináptica se abren y dejan al neurotransmisor pasar.
- Receptores metabotrópicos: sus efectos son más lentos y duraderos. Involucran una secuencia que incluye la activación de proteínas G y la producción de segundos mensajeros. Son los receptores más numerosos del sistema nervioso.
5. Terminación
La señal termina mediante la recaptación del neurotransmisor por la terminal nerviosa o su desactivación enzimática. La recaptación del neurotransmisor se denomina endocitosis.
- Recaptación (endocitosis): retirada del neurotransmisor por la terminal nerviosa.
- Desactivación enzimática: enzimas destruyen las moléculas del neurotransmisor.
6. Integración neuronal
La neurona integra los efectos de potenciales postsinápticos excitadores e inhibidores. Este proceso se llama sumación y puede ser de dos tipos:
- Sumación espacial: es la integración de señales sinápticas que se producen simultáneamente en diferentes lugares de la membrana postsináptica. Los potenciales postsinápticos excitatorios (PEPs) e inhibitorios (PIPs) generados en diferentes ubicaciones pueden sumarse. Si la suma de estas señales alcanza el umbral de excitación, se generará un potencial de acción.
- Sumación temporal: es la integración de señales sinápticas que se producen en rápida sucesión en la misma sinapsis. Así, genera PEPs que pueden sumarse si el intervalo entre ellos es corto. Si la frecuencia de los impulsos es suficientemente alta, la suma de estos PEPs puede alcanzar el umbral de excitación y generar un potencial de acción.
Potencial postsináptico vs. potencial de acción
La comunicación neuronal se basa en la generación y propagación de señales eléctricas conocidas como potenciales de acción y potenciales postsinápticos. Sin embargo, el potencial de acción y el potencial post-sináptico no son lo mismo.
Antes explicaba que una transmisión sináptica sucede así:
Es decir, hay una célula pre-sináptica; como una neurona; y una célula post-sináptica, como otra neurona u otra célula.
En la célula pre-sináptica, el fenómeno eléctrico que sucede es el potencial de acción. Mientras que en la célula post-sináptica, el fenómeno eléctrico es el potencial postsináptico.
La siguiente tabla compara varios aspectos clave de los potenciales postsinápticos (PEPs y PIPs) y el potencial de acción, destacando sus características distintivas y su papel en la actividad neuronal.
| Aspecto | Potencial post-sináptico | Potencial de acción (pre-sináptico) |
|---|---|---|
| Dónde se produce | Principalmente en dendritas y somas neuronales | En áreas de activación (donde el axón se une con el soma) y se propaga a lo largo del axón |
| Umbral de excitación | No requiere umbral de excitación | Requiere que el estímulo alcance un umbral de excitación para producirse |
| Tipo de señal | - PEP: Despolarización (Potencial Excitatorio Postsináptico) - PIP: Hiperpolarización (Potencial Inhibitorio Postsináptico) | Fase de despolarización seguida de repolarización y retorno al potencial de membrana en reposo |
| Tamaño | Varía según la intensidad del estímulo | Fenómeno de "todo o nada"; cualquier estímulo que supere el umbral produce potenciales de acción idénticos |
| Periodo refractario | No | Sí, presenta periodos refractarios absoluto y relativo |
| Iones directamente relacionados | Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺ | Na⁺, K⁺ |
Los potenciales postsinápticos (PEPs y PIPs) pueden variar en tamaño y no requieren un umbral de excitación, a diferencia del potencial de acción.
El potencial de acción es un fenómeno de "todo o nada" que se produce solo cuando el estímulo alcanza un umbral específico. Además, el potencial de acción incluye un periodo refractario, lo que asegura que las señales sean discretas y unidireccionales.
Neuromoduladores
Al igual que los neurotransmisores, las hormonas, y las feromonas, los neuromoduladores se consideran uno de los mensajeros químicos.
Además de los neurotransmisores que actúan rápidamente sobre los receptores postsinápticos, existen otras moléculas llamadas neuromoduladores que modulan la actividad de las neuronas de una manera más lenta y duradera.
Los neuromoduladores no necesariamente desencadenan una señal postsináptica directa, sino que modifican la respuesta de la neurona a otros neurotransmisores.
Tienen un rango de acción mayor y se secretan en mayor cantidad, en comparación con los neurotransmisores. Por ejemplo, los péptidos y los opioides son neuromoduladores.
A diferencia de los neurotransmisores, los neuromoduladores sólo actúan en los receptores metabotrópicos.
Tienen una latencia larga, y sus efectos pueden durar desde minutos hasta días, a diferencia de los neurotransmisores que actúan de inmediato para generar potenciales PEPs y PIPs.
Funciones generales
Los neuromoduladores cumplen las siguientes funciones:
- Modulación de la actividad sináptica: los neuromoduladores pueden aumentar o disminuir la liberación de neurotransmisores, o modificar la sensibilidad de los receptores postsinápticos a los neurotransmisores.
- Efectos a largo plazo: a diferencia de los neurotransmisores que tienen efectos rápidos y transitorios, los neuromoduladores suelen tener efectos más prolongados, afectando la plasticidad sináptica y la regulación de circuitos neuronales.
- Ejemplos de neuromoduladores: dopamina, serotonina, noradrenalina y acetilcolina, entre otros. Estos neuromoduladores desempeñan roles cruciales en funciones como el estado de ánimo, la atención, el aprendizaje y la memoria.
Los neuromoduladores actúan principalmente a través de receptores metabotrópicos, activando cascadas de señalización intracelular que pueden alterar la función de canales iónicos, la expresión génica y otros procesos celulares.
Estos efectos moduladores permiten una regulación más fina y flexible de la actividad neuronal en respuesta a cambios en el entorno interno y externo.
Los neuromoduladores juegan un papel esencial en el ajuste de la actividad neuronal y sináptica, permitiendo al sistema nervioso adaptar su funcionamiento a diferentes contextos y demandas.
Hormonas
Al igual que los neurotransmisores, los neuromoduladores, y las feromonas, las hormonas se consideran uno de los mensajeros químicos.
Las hormonas son sustancias químicas liberadas por glándulas endocrinas en el torrente sanguíneo, donde actúan sobre células diana distantes para regular una amplia variedad de funciones biológicas.
A diferencia de los neurotransmisores, que actúan en sinapsis específicas, las hormonas tienen efectos más generalizados y duraderos en el cuerpo.
A diferencia de las neuronas, las hormonas actúan sobre células diana al unirse a receptores específicos en la superficie de la célula o dentro de la célula. Este enlace desencadena una cascada de eventos bioquímicos que pueden alterar la función celular.
Los emisores de las hormonas son las glándulas. Las glándulas secretan hormonas directamente en el torrente sanguíneo. Los receptores son las células diana específicas que tienen receptores para las hormonas circulantes.
El sistema endocrino utiliza los vasos sanguíneos como canal para transportar hormonas desde las glándulas a las células diana en todo el cuerpo.
Funciones generales
Las hormonas cumplen diversas funciones en el organismo:
- Regulación del metabolismo: las hormonas como la insulina y el glucagón regulan los niveles de glucosa en la sangre.
- Crecimiento y desarrollo: hormonas como la hormona del crecimiento y las hormonas tiroideas son cruciales para el crecimiento y el desarrollo físico.
- Reproducción: hormonas sexuales como el estrógeno, la progesterona y la testosterona regulan las funciones reproductivas y el desarrollo de características sexuales secundarias.
- Respuesta al estrés: hormonas como el cortisol y la adrenalina preparan el cuerpo para la respuesta de "lucha o huida" en situaciones de estrés.
Las hormonas pueden ser de distintos tipos, entre ellos:
- Esteroides: derivadas del colesterol, como el cortisol y las hormonas sexuales, que atraviesan fácilmente la membrana celular y se unen a receptores intracelulares.
- Péptidos y proteínas: como la insulina y la hormona del crecimiento, que se unen a receptores en la superficie celular y activan segundos mensajeros dentro de la célula.
- Aminas: derivadas de aminoácidos, como la adrenalina y las hormonas tiroideas, que pueden actuar a través de receptores en la superficie celular o dentro de la célula.
Neurotransmisores
Al igual que los neuromoduladores, las hormonas y las feromonas, los neurotransmisores se consideran uno de los mensajeros químicos.
Para que una sustancia sea considerada un neurotransmisor, debe cumplir con los siguientes criterios:
- La sustancia debe estar presente en el interior de la neurona pre-sináptica.
- Debe ser liberada en respuesta a la despolarización pre-sináptica dependiente del calcio.
- La célula post-sináptica debe presentar receptores específicos para la sustancia.
El sistema de neurotransmisión es fundamental para la comunicación entre neuronas y otras células.
Los neurotransmisores son liberados en las sinapsis y actúan sobre receptores específicos para transmitir señales.
Todos los neurotransmisores siguen un ciclo de uso similar que incluye su síntesis, liberación, fijación a receptores postsinápticos y recaptación o inactivación enzimática.
Se conocen más de 100 neurotransmisores. Estos neurotransmisores pueden clasificarse en varias categorías según su estructura y función:
- Aminoácidos: incluyen el glutamato y GABA.
- Monoaminas: incluyen catecolaminas, como la dopamina, la noradrenalina y la adrenalina, e indolaminas como la serotonina.
- Gases solubles: incluyen el óxido nítrico.
- Acetilcolina: un neurotransmisor clave en muchas funciones.
- Neuropéptidos: moléculas de gran tamaño, como las endorfinas.
En el encéfalo, la mayor parte de la comunicación sináptica sucede mediante el glutamato y el GABA. El glutamato tiene efectos excitadores, y el GABA tiene efectos inhibidores. Por su papel en el encéfalo, se consideran dos de los neurotransmisores más importantes.
Tanto el GABA como el glutamato se encuentran esparcidos por todo el encéfalo y actúan de manera generalizada en las funciones encefálicas. Sin embargo, otros neurotransmisores tienen vías específicas para ejercer funciones encefálicas especiales.
Pregunta
El glutamato y el GABA, son clasificados como:
Acetilcolina (ACh)
La acetilcolina (ACh) es uno de los neurotransmisores más importantes y fue el primer neurotransmisor descubierto. Juega un papel crucial tanto en el sistema nervioso central como en el periférico.
La acetilcolina se sintetiza a partir de colina y acetil coenzima A por la enzima acetiltransferasa de colina.
Se encuentra en sinapsis colinérgicas, en uniones neuromusculares, en los ganglios del sistema nervioso autónomo y el sistema nervioso central.
La acetilcolina está implicada en la contracción muscular periférica y funciones centrales, como el sueño REM, el aprendizaje y la memoria declarativa.
Vías en el sistema nervioso central
- Origen en la protuberancia dorsolateral: Sueño REM.
- Prosencéfalo basal (núcleo basal de Meynert): Corteza cerebral, facilita el aprendizaje.
- Septo medial: Controla ritmos eléctricos del hipocampo y modula sus funciones (incluyen formación de tipos específicos de memoria).
Receptores
Dispone de dos tipos de receptores:
- Ionotrópicos: también llamados nicotínicos, porque están estimulados por nicotina.
- Metabotrópicos: también llamados muscarínicos, estimulados por muscarina.
Recaptación
La recaptación o inactivación la realiza la enzima acetilcolinesterasa en la membrana postsináptica.
Enfermedades relacionadas
En la enfermedad de Alzheimer se observa un descenso de ACh y pérdida neural en el núcleo basal de Meynert. Por eso, una estrategia farmacológica consiste en suministrar acetilcolina para paliar los efectos de la patología.
Aminas biógenas
Las aminas biógenas son neurotransmisores derivados de aminoácidos que juegan roles importantes en la regulación de numerosas funciones encefálicas y en el sistema nervioso periférico.
Las principales aminas biógenas incluyen las catecolaminas (dopamina, noradrenalina y adrenalina) y las indolaminas (serotonina).
Los cuerpos celulares están situados en el tronco encefálico con axones que se ramifican ampliamente. Regulan muchas funciones encefálicas y se encuentran también en el sistema nervioso periférico. Implicadas en funciones homeostáticas, procesos cognitivos y numerosos trastornos psiquiátricos.
Catecolaminas
Como ya he explicado, las aminas biógenas se dividen en dos grupos. Uno de ellos es la catecolamina. Las catecolaminas incluyen neurotransmisores como la dopamina, la noradrenalina y la adrenalina.
Dopamina (DA)
- Potencial: Produce potenciales postsinápticos excitadores o inhibidores según el receptor.
- Función: Implicada en movimiento, atención, aprendizaje y refuerzo de drogas.
- Precursor: Tirosina. La tirosina se sintetiza de fenilalanina, un aminoácido esencial que procede de la dieta. Es decir, no se puede generar por el propio organismo.
- Receptores: Varios receptores, de tipo metabotrópicos (del al ). El es postsináptico, mientras que el es tanto pre. como postsináptico.
- Recaptación y destrucción: Transportadores de DA y monoamino-oxidasa (MAO).
Biosynthetic pathways for catecholamines and trace amines in the human brain |
Vías dopaminérgicas
En el encéfalo, la dopamina viaja por varias vías. En cada una de estas vías, cumple distintas funciones en distintas vías.
- Nigroestriatal: es una vía que tiene su origen en la sustancia negra, en la base del encéfalo. La vía viaja hasta el cuerpo estriado en los ganglios basales. La sustancia negra interviene en el aprendizaje motor a través de su participación en el sistema de los ganglios basales o estriado dorsal. Su alteración está relacionada con parkinsonismos.
- Mesolímbica: es una vía que tiene su origen en el tegmento mesencefálico y va hasta el núcleo accumbens, la amígdala e el hipocampo. El área ventral tegmental participa en el circuito del refuerzo mediante la liberación de dopamina al núcleo accumbens y a la corteza prefrontal. Este circuito se encuentra alterado en adicciones, TOC y esquizofrenia.
- Mesocortical: es una vía que tiene su origen en el tegmento mesencefálico y llega hasta la corteza prefrontal. Interviene en la memoria a corto plazo, la planificación y la preparación de estrategias para resolver problemas. En la esquizofrenia se ha observado un descenso de receptores dopaminérgicos.
- Tuberoinfundibular: es una vía que tiene su origen en el hipotálamo y llega hasta la hipófisis. Su alteración produce problemas hormonales.
La siguiente imagen muestras las vías dopaminúrgicas
Noradrenalina (NA)
Noradrenalina y norepinefrina son dos nombres para la misma sustancia. La terminología varía según la región geográfica y el contexto.
La noradrenalina está presente en el sistema nervioso central, el periférico y el autónomo. Es decir, que es un neurotransmisor ampliamente distribuído en el encéfalo.
Procede de diversos lugares, como el locus coerulus, la protuberancia, la base del encéfalo, el bulbo y el tálamo.
- Función: Implicada en vigilia, alerta, atención y aprendizaje. Facilita la disponibilidad a la actuación.
- Precursor: proviene de la dopamina. Por lo tanto, debe ser obtenida a través de la dieta, igual que la dopamina.
- Receptores: cuenta con cuatro receptores específicos: alfa y beta adrenérgicos (todos metabotrópicos).
- Recaptación y destrucción: cuenta con transportadores específicos. Su destrucción la lleva a cabo la monoamino-oxidasa (MAO-A).
Presenta una liberación difusa y dispersa, que afecta a muchas neuronas.
Adrenalina
Adrenalina y epinefrina son dos nombres para la misma sustancia. La terminología varía según la región geográfica y el contexto.
Aunque comparte algunas características con la noradrenalina, la adrenalina está presente en pequeñas cantidades, sólo en el sistema nervioso central.
- Función: la adrenalina actúa tanto como neurotransmisor y hormona. Cuando son liberadas por la médula suprarenal de los riños son liberadas al sistema sanguíneo y tienen un papel significativo en situaciones estre
- Liberación: Liberada por la médula suprarrenal en situaciones de estrés.
- Receptores: Adrenérgicos metabotrópicos.
El nombre "adrenalina" procede del latín "ad" que significa "junto a" y "renal" que significa "riñón". Este nombre hace referencia a la glándula suprarrenal (también llamada glándula adrenal), que se encuentra justo encima del riñón y es el lugar donde se produce esta hormona. La glándula suprarrenal segrega adrenalina en respuesta a situaciones de estrés, preparando al cuerpo para una rápida acción.
Al igual que "adrenalina", "epinefrina" hace referencia a la ubicación de las glándulas suprarrenales (glándulas adrenales), que están situadas encima de los riñones. Epi: que significa "sobre" o "encima de", y nephros: que significa "riñón"
Indolaminas
Como ya he explicado, las aminas biógenas se dividen en dos grupos. El otro grupo es la indolaminas. Las indolaminas incluyen neurotransmisores como la serotonina.
Serotonina (5HT)
La serotonina está presente tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. En el cerebro, está situado ampliamente desde el mesencéfalo hasta el bulbo y la protuberancia.
- Función: la serotonina está implicada en la regulación del estado de ánimo, control de la ingesta, arousal y control de impulsos.
- Precursor: proviene del triptófano, que es un aminoácido esencial. Por lo tanto, proviene de la dieta.
- Receptores: tiene receptores tanto metabotrópicos como ionotrópicos, aunque la mayoría son metabotrópicos.
- Recaptación y destrucción: se recaptar por transportadores específicos de 5HT y su destrucción la lleva a cabo la monoamino-oxidasa (MAO-A).
En el caso de la depresión, hay una teoría llamada hipótesis monoaminérgia que atribuye la depresión a la falta de serotonina. Una estrategia farmacológica habitual en la depresión es la inhibición de los transportadores de serotonina, para aumentar su presencia. Eso es lo que hace el prozac.
Aminoácidos
Los aminoácidos actúan no solo como bloques de construcción de proteínas, sino también como neurotransmisores cruciales en el sistema nervioso central. De hecho, todas las céclulas del encéfalo utilizan aminoácidos para sintetizar protenías; y además 8 de ellos podrían actuar como neurotransmisores.
Entre ellos, los principales neurotransmisores aminoácidos incluyen el glutamato y GABA, que juegan roles opuestos como neurotransmisores excitadores e inhibidores, respectivamente. Sin embargo, hay otros aminoácidos que actúan como neurotransmisores, como la glicina.
Glutamato
También se denomina ácido glutámico.
- Función: el glutamato es el principal neurotransmisor excitador del sistema nervioso central. Es decir: causa la despolarización de la célula.
- Precursor: el precursor es la glutamina.
- Receptores: hasta la fecha, hemos identificado cuatro receptores: NMDA, AMPA, Kainato (ionotrópicos) y mGlur (metabotrópico). El receptor NMDA está vinculado con el aprendizaje.
- Implicaciones: el glutamato está implicado en el aprendizaje y la potenciación sináptica a largo plazo en el hipocampo.
- Recaptación y destrucción: cuenta con transportadores de aminoácidos excitadores y es destruido por la enzima glutamina-sintasa.
GABA (Gamma-AminoButiric Acid)
Al igual que el glutamato, está distribuído por todo el sistema nervioso.
- Función: Principal neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central.
- Precursor: Glutamato.
- Receptores: Se han identificado receptores de ambos tipos: GABAA, GABAC (ionotrópicos) y GABAB (metabotrópico).
- Implicaciones: el GABA está implicado en la ansiedad, insomnio y control muscular.
- Recaptación y destrucción: cuenta con transportadores de GABA y es destruída por la enzima GABA aminotransferasa.
Glicina
La glicina es neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central, especialmente en la médula espinal, el tronco del encéfalo y la retina. Es el aminoácido más simple.
- Función: al igual que el GABA, es un inhibidor. Está implicado en la inhibición de contracciones musculares excesivas. Una ausencia de glicina podría provocar una contracción muscular involuntaria y persistente.
- Precursor: la glicina proviene de la serina.
- Receptor: cuenta con un receptor ionotrópico.
Proviene del griego "glykys", que significa "dulce", debido a su sabor. Se llama así porque Henri Braconnot, el científico que la descubrió, estaba creando gelatina; se la comió y notó su sabor dulce.
Péptidos
Algunos péptidos actúan como transmisores. Cuando es así, se les puede llamar neuropéptidos. Son cadenas de aminoácidos que actúan como neurotransmisores y neuromoduladores.
Entre los neuropéptidos se encuentran las endorfinas, las encefalinas y las dinorfinas.
A diferencia de los neurotransmisores clásicos, los neuropéptidos tienen efectos más duraderos y suelen actuar sobre poblaciones neuronales vecinas.
Se sintetizan en el soma y son transportados a los terminales.
Están implicados en la sensibilidad al dolor, conductas propias de la especie como comer y beber, y sistemas relacionados con el refuerzo y la recompensa.
Los péptidos se inactivan a través de enzimas específicas, pero no se recaptan recaptación.
Los neuropéptidos más estudiados son los péptidos opioides endógenos que actúan sobre los receptores metabotrópicos:
- Mu (μ), en el cerebro.
- Delta (δ), en el cerebro y en la médula espinal.
- Kappa (κ), en el cerebro y en la médula espinal.
Los péptidos opioides endógenos están relacionados con varias funciones:
- Analgesia, sedación, efectos reforzantes, epilepsia y convulsiones.
- Aprendizaje y potenciación a largo plazo (LTP).
Existen sustancias exógenas que los estimulan también. Por ejemplo, opiáceos exógenos como la morfina y heroína. La exposición a estás sustancias genera efectos mucho más potentes que los opioides endógenos, y un refuerzo y consecuente adicción mucho mayor.
Los péptidos son distintos a los demás neurotransmisores en varios aspectos:
| Neuropéptidos | Neurotransmisores clásicos | |
|---|---|---|
| Síntesis | En el soma | En el terminal presináptico |
| Almacenamiento | En vesículas grandes de núcleo denso | En vesículas pequeñas |
| Inactivación | Lenta y no específica | Rápida y específica |
| Acción postsináptica | Lenta y duradera | Rápida o lenta |
Resumen de sistemas de neurotransmisión
Para comprender mejor los diferentes neurotransmisores y sus funciones, es útil resumir sus efectos postsinápticos y ejemplos de sus funciones en el sistema nervioso central (SNC) y periférico (SNP).
| Neurotransmisor | Efecto post-sináptico | Funciones en sistema nervioso central | Funciones en sistema nervioso periférico |
|---|---|---|---|
| Glutamato | Excitador | Interacciona con otros sistemas de neurotransmisores | No disponible |
| GABA | Inhibidor | Interacciona con otros sistemas de neurotransmisores | No disponible |
| Acetilcolina | Excitador | Aprendizaje, memoria, sueño REM | Contracción muscular |
| Dopamina | Inhibidor y excitador | Movimiento voluntario, atención, aprendizaje, refuerzo, planificación, resolución de problemas | No disponible |
| Noradrenalina/Adrenalina | Excitador | Vigilancia, atención | Regulación del sistema nervioso autónomo (frecuencia cardíaca, presión arterial) |
| Serotonina | Excitador | Regulación del estado de ánimo, comida, sueño, ensoñaciones, arousal, control de impulsos | Sistema nervioso entérico (aparato digestivo) |
Psicofármacos
Los psicofármacos son medicamentos que afectan el sistema nervioso central, alterando la función cerebral y resultando en cambios en la percepción, el estado de ánimo, la conciencia o el comportamiento. Esta sección explora los principales efectos terapéuticos de los psicofármacos y sus mecanismos de acción.
Principales efectos terapéuticos
| Sistemas de neurotransmisión | *ecanismo de acción en sistema nervioso central | Familias de fármacos |
|---|---|---|
| Antidepresivos y ansiolíticos | Bloquean recaptación de monoaminas, incrementando sus niveles | ISRS, IRSN, tricíclicos |
| Antipsicóticos (trastornos psicóticos) | Bloqueo de receptores D2 y 5HT2A | Antipsicóticos típicos y atípicos |
| Ansiolíticos | Interacción con receptor GABAA incrementa la entrada de cloro a la célula hiperpolarizándola | Benzodiacepinas |