Neurociencias 1

Dr. J. de Vera

Universidad Laica “Vicente Rocafuerte” Facultad de Ciencias de la Educación

Tabla de contenido contenid o

Hist istoria oria de la l a Neurociencias Neurociencias

1

La Naturaleza humana

6

Biolog Bio logía ía Molecul Molecular ar y Celular  Celular 

11

Divis ivisión ión Celular 

16

Genétic Ge nética a y Herenci Herencia a

19

Citol itología ogía Nervi Nerviosa osa

23

Sinapsis

30

Neurotransmisores

38

Elementos Ele mentos Morfológicos Morfológico s y Fisi Fisiológi ológicos cos del Sistema Nervioso

42

Medul Me dul a Espinal

44

Tronco Encefálico

45

Cerebelo

47

Diencéfalo

48

Hemisferios Cerebrales

51

Sistema Reticular y Sistema Límbico

54

Sistema Ne Nervio rvioso so Autónomo Aut ónomo

57

Sistema Neuroendocr Neuroendocrino ino

60

Tabla de contenido contenid o

Hist istoria oria de la l a Neurociencias Neurociencias

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La Naturaleza humana

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Biolog Bio logía ía Molecul Molecular ar y Celular  Celular 

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Divis ivisión ión Celular 

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Genétic Ge nética a y Herenci Herencia a

19

Citol itología ogía Nervi Nerviosa osa

23

Sinapsis

30

Neurotransmisores

38

Elementos Ele mentos Morfológicos Morfológico s y Fisi Fisiológi ológicos cos del Sistema Nervioso

42

Medul Me dul a Espinal

44

Tronco Encefálico

45

Cerebelo

47

Diencéfalo

48

Hemisferios Cerebrales

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Sistema Reticular y Sistema Límbico

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Sistema Ne Nervio rvioso so Autónomo Aut ónomo

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Sistema Neuroendocr Neuroendocrino ino

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Fig. 1.- Platón y Sócrates en La Academia, pintura de Leonardo D`Vinci

Historia Histori a de las Neuro Neurociencias ciencias El primer escrito conocido c onocido sobre el cerebro data de una antigüedad de 3000 años y es el escrito más antiguo sobre neurociencias, de alteraciones sobre el sistema nervioso. Es un papiro egipcio, cuyo autor fue posiblemente el arquitecto y médico Imhotep. Imhotep . Describe dicho papiro, entre otras cosas, el diagnóstico, tratamiento y pronóstico de una serie de pacientes con heridas en la cabeza y el cuello. Se habla de trepanaciones porque se pensaba que algunos males venían de unos humores o gases que se acumulan en esa zona y que con los orificios ya salían al exterior. Pero la mayoría de ellos morían.

Fig.2.- Demócrito, Filoso Griego

Demócrito (Fig. 2) aporta dos ideas fundamentales al situar el pensamiento en el cerebro y lanzar la idea de que existe una actividad nerviosa de comunicación. Demócrito dice que el cerebro es quien controla las funciones superiores y también habla de actividad nerviosa. No es el primero sino el que más énfasis pone en situarlo en el cerebro. Hacia el año 400 a.c. Hipócrates vino a enriquecer las ideas de Demócrito. Era un médico de la época que tenía que resolver cualquier cosa del organismo. Observó muchos casos distintos, tenía una amplia observación clínica. Esto le permite distinguir  entre enfermedades neurológicas y mentales. Decía que el cerebro era el lugar del intelecto y el órgano que controlaba la conducta. Entre otras cosas, describió la epilepsia, describió lesiones del hemisferio izquierdo con sus manifestaciones en el hemicuerpo derecho, relacionó el pensamiento, la inteligencia y las emociones con el cerebro y llegó a diferenciar ente enfermedad neurológica y enfermedad mental. Platón (Fig. 1), 1), ya en la época de los filósofos, sitúa el intelecto en la cabeza. Comparte la opinión de Hipócrates de ver en el cerebro la parte “más noble” del cuerpo humano. Distinguió tres partes en el alma y relacionó a cada una de ellas con un órgano determinado: las pasiones más bajas como la codicia y el deseo pertenecían al hígado; las pasiones superiores como el orgullo, el valor, la furia o el miedo pertenecían al corazón. Pero el entendimiento competía al cerebro en exclusiva. 1

Neurociencias I

con el cuerpo, y buscó una estructura que fuese única en el hombre y encontró la glándula pineal, situada entre los dos hemisferios y el cerebelo y consideró que controlaba todas las funciones y que en ese punto era donde mente y cuerpo contactaban. El problema es que Descartes creía, erróneamente, que la glándula pineal sólo existe en los seres humanos y no en los animales, al igual que el alma o conciencia. Sin embargo, hay animales como la lagartija que también la poseen. Para Descartes sólo tenemos un pensamiento de una misma cosa a la vez. Esta noción de dualismo mente/cuerpo fue un tema ampliamente difundido.

Fig. 3.- Galeno, considerado el padre de la Medicina

Para  Arist óteles , hacia el 350 a.c. el cerebro sólo refrigera el organismo. Para él, sin haber  practicado observaciones sobre cadáveres, las funciones: sensaciones, pasiones e inteligencia residen en el corazón. Esto fue un parón para las neurociencias de siglos porque se estudiaba el corazón y no el cerebro. Por su parte la medicina griega intentó seguir  estudiando el cerebro: Herófilo, conocido como el padre de la anatomía, progresó en nuestro conocimiento del sistema nervioso al diseccionar  cadáveres tanto de personas como de animales. Entre otras cosas, Herófilo localizó el recorrido de los nervios motores distinguiéndolos de los sensoriales, describió los ventrículos cerebrales y habló de estructuras en el sistema nervioso. Ya en el s. II d.c. Galeno (Fig. 3), a menudo citado como el padre de la Medicina trató heridas de gladiadores y diseccionó algunos animales. También describió los ventrículos y los distinguió de la masa encefálica además de aportar dibujos de la organización del cerebro. Entendió asimismo que el cerebro era el órgano central de la percepción. Pero situó las funciones en los ventrículos, en lugar de en la masa encefálica.

La conducta semeja a una máquina. Él propone la idea de reflejos espinales y una vía neural para los mismos. Pero pensaba que los nervios eran un continuo. Thomas Willis (1621-1675) publicó su anatomía del cerebro. Estudia sistemáticamente los trastornos del cerebro. Consideraba el cerebro como el órgano que coordina y controla la conducta. No fue hasta el s. XIX cuando las personas cultas del mundo occidental aceptaron finalmente que el cerebro era el órgano que coordina y controla la conducta. Una idea popular del s. XIX fue la frenología, de la cual Gall fue el máximo representante. Franz Joseph Gall centró todas las funciones en el cerebro lo cual es un punto a su favor, pero sostenía que la corteza cerebral consistía en unidades funcionales u “órganos” independientes, cada uno de los cuales era responsable de una facultad conductual determinada (el amor a la familia, la curiosidad, la percepción del color, etc.). Así mismo, sostenía que el cráneo reflejaba directamente la superficie del cerebro de modo que, palpando la cabeza de una persona se podría saber qué facultades tenía más desarrolladas y cuáles menos.

Durante la Edad Media se desarrolló la doctrina de Galeno hasta que la investigación anatómica en el hombre fue prohibida por la doctrina cristiana. En el Renacimiento tenemos que citar a Leonardo Da Vinci (1472-1519) no sólo por sus dibujos del sistema nervioso, sino por su investigación con cadáveres. Incluso investigó cráneos y en sus dibujos nos deja comentarios del funcionamiento, centrando las funciones en la “sustancia” (masa encefálica). De hecho realizó el primer dibujo realista que conocemos de los ventrículos cerebrales. También destaca Miguel Ángel. Descartes (Fig. 4), 1596-1650, escribió en 1633 su libro Sobre los Hombres. Muy influenciado por  la teoría mecanicista, intenta ligar los dos movimientos de la época buscando diferencias entre animal y humano. Intentó relacionar en el ser humano, la mente

Fig. 4.- Rene Descartes (1596-1649), filosofo y matemático francés, defensor del dualismo filos ófico

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Neurociencias I

La mayoría de los investigadores que eran contrarios a la idea de Gall rechazaron el concepto de localización de la función cerebral en su totalidad, insistían en que el cerebro, igual que la mente, funciona como un todo. Marie-Jean-Pierre Flourens (1794-1867) fue uno de esos investigadores antilocalizacionistas. Flourens realizó ablaciones en el cerebro de animales de una gran variedad de especies, y llegó a la conclusión de que el daño conductual producido por la lesión no dependía de la zona concreta que se extirpase sino de la cantidad de masa encefálica lesionada. En la discusión entre los localizacionistas, que defendían la localización de las funciones, y los antilocalizacionistas, que defendían la idea de unidad en la función cerebral, ninguno de los dos bandos logró contar con pruebas muy convincentes, por lo que los debates sobre la cuestión prosiguieron durante el siglo XX. Paúl Broca (Fig. 5), 1824-1880, se involucró en acaloradas discusiones sobre la relación entre lenguaje y cerebro. Afirmaba que la capacidad del lenguaje no era una propiedad del conjunto del cerebro sino que más bien estaba localizada en una región cerebral restringida. Llegó a esta conclusión mediante estudios post-mortem de los cerebros de sujetos como el señor “Tan”, que en vida habían tenido problemas para hablar. Los hallazgos de las autopsias realizadas por Broca revelaron la destrucción de una región en el lóbulo frontal izquierdo, que recibió el nombre de “área de Broca”. También descubrió que el área 4 (frontal) controla la motricidad, el área 17 (occipital) controla la visión, las 41 y 42 (temporal) controlan la audición y las áreas 44 y 45 son las conocidas como circunvalación de Broca. Esto supone un retorno al localizacionismo tratando de definir un lugar para las funciones, algo que hicieron muchos investigadores.

Fig. 5.- Paúl Broca, identifico la ubi cación el centro d el habla en la Corteza Cerebral.

Fig. 6.- William James, revoluciono la Psicología con sus id eas evolucionistas.

William James (Fig. 6), introdujo la revolución en 1890 con las ideas darvinianas aplicadas a las funciones del sistema nervioso. Da un punto de vista evolucionista a la psicología que tarda mucho en llegar  a Europa. Publicó el libro Principios de Psicología, obra muy citada sobre todo por parte de los neurocientíficos cognitivos. El final del siglo XIX y el principio del s. XX trajeron consigo muchos progresos importantes en Psicología Biológica. Hermann Ebbinghauss en 1885 mide el aprendizaje y la memoria en humanos. Edward L. Thorndike en 1898 mide el aprendizaje y la memoria en animales. Korbinian Brodmann (Fig.7), en 1909 desarrolló el mapa cerebral con 52 partes, de las cuales algunas se vinieron abajo y otras se mantienen. Es el máximo localizacionista. Su terminología se emplea en la clínica.

Fig. 7.- El Dr. Brodmann con varios discípulos en su laboratorio, estudi ando la corteza cerebral

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Neurociencias I

Desde el campo de la anatomía también se fueron produciendo grandes avances a partir de la invención del microscopio (Fig. 9). Van Leeuwenhoek (1674) lleva a cabo la descripción de protozoos y bacterias así como del sistema nervioso, aunque era una descripción muy pobre debido a la falta de mejores lentes. Él mismo hacía las lentes para realizar  observaciones. En 1838 Schleiden y Schwann propusieron la teoría celular que dice que estamos formados por  células. Fig. 8.- Pávlov realizando sus experimentos sobre Reflejos Condicionados en perros

Iván P. Pávlov (fig.8), también estudio el reflejo condicionado en animales que intentaba relacionar el sistema nervioso con una función fisiológica. El psicólogo americano Shepard I. Franz (1902) buscó el lugar del aprendizaje y la memoria en el cerebro combinando los métodos de entrenamiento y aprendizaje de Thorndike con lesiones localizadas en cerebros animales. Este trabajo inició una búsqueda del rastro de la experiencia en el cerebro, del lugar en el que el sistema nervioso almacena la información. Kart S. Lashley (1890-1958) se refirió a esto como la “búsqueda del engrama”. Lashley estudió con Franz y se hizo cargo del problema de investigar  las localizaciones y los mecanismos de las funciones de la memoria en el cerebro. Su enfoque era ante todo anatómico y centró su atención en evaluar los efectos conductuales de lesiones cerebrales.

En 1857 Kölliker describió las mitocondrias de las células musculares. En 1879 describe Flemming comportamiento de los cromosomas en la mitosis.

el

En 1886 Zeiss construye lentes con resolución en el límite de la luz visible. Los primeros medios de tinción para la investigación del sistema nervioso fueron introducidos por Joseph von Gerlach, líder del reticularismo, y eran el carmín, el añil y el cloruro de oro. Más tarde, Camilo Golgi (Fig. 10), en 1898 introdujo la impregnación argéntica (nitrato de plata) o tinción de Golgi, que le ayudó a descubrir el orgánulo que lleva su nombre. Las imágenes obtenidas hacían pensar que las neuronas estaban interconectadas en forma de red, esto dio lugar a la teoría reticularista, que habla de un continuo de neuronas sin espacio alguno entre ellas.

La psicología biológica actual lleva la influencia del psicólogo canadiense Donald O. Hebb (1904-1985) que fue el primero en hablar de plasticidad sináptica del sistema nervioso y redes neuronales. Es el primero que hace la interpretación de que cuando un sujeto aprende se están produciendo cambios en el cerebro a nivel de sinapsis. Es decir, que la comunicación entre dos neuronas no queda determinada de una vez para siempre, sino que es modificable a través de la experiencia.

Fig. 10.- Camilo Golgi, ganador del premio Nobel de Medicina en 1906 junto con Ramón y Cajal por sus técnica de tinción para ver las células nerviosas.

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Neurociencias I

datos. Se va conociendo como es la química del cerebro: Galvani descubre la “electricidad” animal mediante el reflejo patelar (reflejo de la pata en la rana). Descubre que los nervios son excitables eléctricamente. El sistema nervioso funciona a través de una electricidad que el propio animal genera. Catón (1875) fue el primero en registrar la actividad eléctrica espontánea del cerebro. Y Matteucci (1938) registra por primera vez la producción de la corriente eléctrica en una neurona gracias a un aparato dotado de suficiente sensibilidad. Estimulaba la neurona y registraba la corriente eléctrica que ésta generaba. Fig. 11.- El Dr. Ramón y Cajal en su laboratorio.

Ramón y Cajal (Fig. 11), 1857-1952, hizo una variación en la tinción de Golgi que le permitió ver que las neuronas no formaban una red sino que eran independientes unas de otras. A partir de aquí desarrolla, en contraposición a la teoría reticularista, la teoría del neuronismo que plantea la neurona como una unidad independiente. Introduce así, Cajal, la idea de sinapsis. Habría que decir que quien propuso el término “neurona” no fue Ramón y Cajal sino Waldeyer.

Neher y Sakmann (Fig.13), en 1991 desarrollan la técnica del “Match Clamp” consistente en coger trozos de membrana de una neurona y determinar sus cambios iónicos. Descubre sus canales iónicos (Fig. 12), nadie lo ha visto pero hay pruebas de que sí existen.

Al mismo tiempo, el fisiólogo C.S. Sherrington (1857-1952) demuestra la existencia de sinapsis y tráfico de sustancias entre neuronas, aunque hubo que esperar a la aparición del microscopio electrónico para poder verlo. Fue Palade en 1955 quien realizó las primeras observaciones ultra estructurales de las sinapsis y sacó la primera imagen de una de ellas. Confirma la teoría de Ramón y Cajal y Sherrington. A partir de entonces se intentó saber por  ejemplo, que sustancias se intercambian las neuronas. Y se usaron cromatógrafos para medir esas cantidades tan pequeñas. También podemos usar la radiación para determinadas moléculas y estructuras dentro de la membrana de una sinapsis. Ahora que ya tenemos tantos aparatos se trata de interpretar los

Fig. 12.- Dibujo esquemático de la co mposición de la membrana nuclear con los canales iónicos descritos por Neher y Sakmann.

Fig. 13.- Erwin Nehler y Bert Sakmann, autores de la teoría de los canales iónicos

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Neurociencias I

La Naturaleza humana El hombre, este microcosmos en el que se asocian las funciones del mundo material, del viviente y del espiritual, y que hemos caracterizado como persona, se ha visto diversamente interpretado por las distintas escuelas filosóficas a lo largo de la historia. Las concepciones sobre el ser del hombre se dividen, ante todo, en monistas y dualistas.

extiende desde las especulaciones de los filósofos griegos hasta el último cuarto del s. XIX; y la científica, cuya apertura coincide con la aparición del primer  laboratorio experimental en la Universidad de Leipzig en 1879.

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RAÍCES FILOSÓFICAS Y BIOLÓGICAS DE LA PSICOLOGÍA Raíces Filosóficas El mundo interior del hombre y su vida psíquica han sido estudiados y enfocados de diferentes maneras a lo largo de la historia de la psicología científica y a través de sus principales corrientes y escuelas. En líneas muy generales, el desarrollo secular de la psicología transcurrió en dos etapas fundaFig. 1.- Georg Wilhelm Friedrich mentales: la preHegel (1770-1831) científica que se

FILOSOFIA IDEALISTA O SUBJETIVISTA

Hegel (Fig.1) es el más famoso defensor de esta y le cabe una posición representativa en la historia de la filosofía. Hegel es un teórico o intelectual puro. La intuición trascendental le revela lo que él llama la idea, es decir, el espíritu concebido como razón (factores subjetivos), que actúa como fuerza creadora inmaterial de la realidad universal y reguladora de la actividad humana.

IDEALISMO: En sentido gnoseológico: la teoría que afirma que todo lo real es ideal o puro pensamiento (fenómeno psíquico). Según Berkeley, esse está percipi (ser es «ser percibido»).

•

FILOSOFIA MATERIALISTA (Teoría Reflexológica)

El materialismo niega la existencia del alma como realidad o sustancia independiente, y supone que las funciones psíquicas son un puro accidente o manifestaciones del cuerpo o sustancia material, que es en lo que consiste realmente esto que llamamos hombre.

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Neurociencias I

Uno de los representantes más eminentes de la TEORÍA REFLEXOLÓGICA fue el fisiólogo ruso Iván Pávlov (1849-1936), cuyos interesantísimos experimentos dieron lugar a la teoría del condicionamiento clásico del aprendizaje, basada en el reflejo condicionado (Fig.2). La base teórica de la reflexología es la idea de explicar la conducta por las conexiones del sistema nervioso y los cambios de energía que se producen a través de ellas. En este contexto , la conducta queda definida como un encadenamiento de reflejos condicionados, debidos a conexiones nerviosas de distintos tipos, estimuladas por la excitación e inhibición reciproca de los estímulos internos del propio cuerpo o externos del medio : algunas son in-

natas, mientras que otras se adquieren a lo largo de la experiencia vital.

inteligencia y la materia, como en apariencia lo hacen en el ámbito de la experiencia humana. Esta confusión provocó que algunos cartesianos negaran por  completo cualquier interacción entre ambas. Afirmaban que la inteligencia y la materia son Fig. 3.- Descartes proporciono una ineficaces por  prueba de l a existencia de Dios basada en la razón, no en l a fe. sí mismas para afectar una a la otra, y que cualquier acción recíproca entre las dos está provocada por Dios, quien, con ocasión de un cambio en una, produce el correspondiente cambio en la otra

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MATERIALISMO DIALECTICO

Señala que lo primario es la materia y que lo mental o psíquico es una función derivada de la materia cerebral. Lo derivado constituye la realidad objeti-

Fig. 2 .- El fisiólogo y premio Nóbel ruso Iván Petróvich Pávlov es conocido por sus estudios sobre la fisiología del aparato digestivo y, en concreto, por su descubrimiento del reflejo condicionado.

El enfoque reflexológico, cuya contribución más valiosa fue el estudio del organismo completo, concebido, entre otras cosas, también como una cadena de reflejos, influyó en el conductismo de Watson y luego en la psicología objetiva. La obra de Pávlov abrió camino a los futuros y fructíferos intercambios entre psicología y fisiología, quedándose, no obstante, incapaz de explicar exhaustivamente la riquísima y compleja conducta humana. •

va (objetos o cosas y fenómenos) reflejada en el cerebro en forma de ideas, ideales o imágenes que el cerebro transforma en sensaciones, pensamientos y sentimientos. Todo este funcionamiento es provocado por los estímulos, estos estímulos son energías que el cerebro lo transforma en un hecho de conciencia. El filósofo alemán Karl Marx (Fig.4), aplicaba el concepto de dialéctica a los procesos sociales y económicos. El llamado materialismo dialéctico de Marx, con frecuencia considerado como una revisión del sistema hegeliano, afirma que las ideas sólo son el resultado del determinismo de las condiciones materiales dadas.

FILOSOFIA DUALISTA

Es una mezcla de idealismo y materialismo Las teorías dualistas admiten la existencia en el hombre de dos realidades distintas (espiritual o psiquismo una, corporal o material otra) que actúan independientemente y que lo psíquico o mental no es una función del cerebro. El filósofo francés René Descartes (Fig.3), cuya interpretación del universo ejemplifica esta creencia, fue el primero en subrayar la diferencia irreconciliable entre sustancia pensante (inteligencia) y sustancia extensa (materia). La dificultad creada por  este juicio era explicar la forma en que interactúan la Fig.4.- Karl Marx 1818 - 1883

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Neurociencias I

Fig. 5.- Joh n B.S. Haldan e (1892-1964) y Alexandr I. Opari n (1894-1980)

Raíces Biológicas Explican como se desarrollo la materia primitiva (compuestos orgánicos simples) hasta convertirse en vida. •

TEORIAS MATERIALISTAS La pregunta de cómo había comenzado la vida en nuestro planeta, hace millones de años atrás, capturó la atención de los científicos. Muchos se inclinaron por la idea de un origen extraterrestre para la vida, entre ellos, el químico sueco Svante A. Arrhenius (1859-1927). El materialismo dialéctico rechazó toda creencia en la generación espontánea y en el papel del azar en el origen y desarrollo de los seres vivos.

Fig. 6.- Representación grafica de la teoría de Haldane y Oparin sobre el origen de la vida en la Tierra.

Sin embargo, el primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida en la Tierra fue propuesto por el bioquímico ruso  Alexandr I. Opar in (1894-1980) y por el inglés John B.S. Haldane (1892-1964), quienes trabajaban en forma independiente. La idea de Oparin y Haldane se basaba

en que la atmósfera primitiva era muy diferente de la actual; entre otras cosas, la energía abundaba en el  joven planeta. Propusieron entonces que la aparición de la vida fue precedida por un largo período de lo que denominaron "evolución química" (Fig. 6). Oparin experimentó sus hipótesis utilizando un modelo al que llamó "coacervados". Los coacervados son sistemas coloidales constituidos por macromoléculas diversas que se habrían formado bajo ciertas condiciones en medio acuoso y habrían ido evolucionando hasta dar lugar a células con verdaderas membranas y otras de los organism os vivos. Las primeras evidencias experimentales que corroboraron la teoría de Oparin y Haldane sobre el origen espontáneo de la vida en la Tierra en tiempos pasados fueron aportadas por Stanley Miller de la Escuela de Graduados de la Universidad de Chicago, EEUU. Miller logró obtener moléculas orgánicas, iguales a las presentes en los seres vivos, a partir de sustancias inorgánicas. En su experimento Miller simuló las condiciones de la Tierra primitiva aplicando fuentes de energía artificiales. Experimentos como los realizados por Miller, que hoy son de frecuente repetición, han mostrado que casi cualquier  fuente de energía (electricidad, radiación ultraFig. 7 Stan ley Mill er (1930- 2007) violeta o ceniza volcánica caliente) habría podido convertir las moléculas que se cree estaban presentes sobre la superficie terrestre en una variedad de compuestos orgánicos complejos. 8

Neurociencias I

Estos organismos vivos primitivos, células unicelulares, comenzaron a tener funciones de intercambio de sustancias y empezaron a producirse en ellas reacciones químicas simples para su supervivencia como: alimentarse, respirar y responder ante estímulos que la excitan. La excitabilidad es la base fisiológica (funcional) sobre la que surgieron las sensaciones no diferenciadas o sensibilidad general y los movimientos más elementales como el de huida ante un estímulo negativo.

•

vertebral que le permitieron caminar erecto, permitiendo además que sus manos queden libres para el trabajo.

TEORIAS EVOLUCIONISTAS

Posteriormente a lo postulado en la teoría materialista, los seres vivos empezaron a diferenciarse y constituyeron el reino vegetal y animal. La evolución, el proceso de cambio a lo largo del tiempo, es el hilo que conecta a la enorme diversidad del mundo vivo. Una inmensa cantidad de evidencias indica que la Tierra ha tenido una larga historia y que todos los organismos vivos -incluido el ser humano- surgieron en el curso de esa historia, a Fig. 8.- Caricatura de Charles partir de formas Robert Darwin (1809-1882), sentó anteriores más las bases de la moderna teoría primitivas. Esto evolutiva. implica que todas las especies descienden de otras especies; en otras palabras, que todos los seres vivos comparten antecesores comunes en el pasado distante. Así, los organismos son lo que son a raíz de su historia.

Fig. 9.- La anatomía comparada constituye uno de los pun tos de apoyo a la teoría de la evolución.

La libertad de las manos permitió a nuestros primitivos ancestros la realización de nuevas actividades manuales cada vez más complejas que desempeñaron un papel importante en su desarrollo cerebral y mental (Fig. 10). La evolución continua y aprende el arte de la domesticación de los animales, cultivo y recolección de alimentos, la caza, etc., lo que le impone la necesidad de trabajar en grupo y de un lenguaje que le permita la comunicación entre sus miembros.

Darwin (Fig. 8), no fue el primero en proponer  una teoría de la evolución, pero fue el primero que describió un mecanismo válido por el cual podría ocurrir. Su teoría difería de teorías previas en que él imaginaba a la evolución como un proceso doble, que dependía: 1) de la existencia de variaciones heredables entre los organismos, y 2) del proceso de selección natural por el cual algunos organismos, en virtud de sus variaciones heredables, dejaban más progenie que otros (Fig. 9).

Todos estos cambios fueron trascendentales cuando el hombre nómada se asienta y constituye la comunidad primitiva basada en el trabajo y en la actividad conjunta de hombres y mujeres, esto dio lugar a la forma más desarrollada de la actividad psíquica, lo que llamamos conciencia.

En cuanto al desarrollo del organismo y cerebro de nuestros predecesores ancestrales más cercanos, los primates, fueron experimentando constantes cambios, como resultado a la necesidad de sobrevivir en medio de un reino animal y vegetal adversos. Así levanta su cabeza y mirada para coger los frutos de los árboles y para observar los movimientos de sus enemigos, originando cambios en la columna

Gracias a la conciencia el lenguaje comienza a reflejar la realidad en que viven y a transmitir a los demás y a sus descendientes sus experiencias. Por  tanto el lenguaje transmite o fija la experiencia social (como cazar, domesticar, sembrar, defenderse, construir armas, etc.), las ideas creadoras (hacer instrumentos, pintar, descubrir el fuego, etc.), es decir se fija la cultura dando origen a otra teoría.

Fig. 10 .- Pinturas rupestres de Trafu

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Neurociencias I •

TEORIA CULTURAL

Es la asimilación y transmisión de la experiencia social de ascendientes a descendientes, en otras palabras, la cultura es asimilada y se convierte en un regulador de las actividades sociales, grupales, laborales, familiares y del comportamiento en el seno de cada sociedad, ya sea: primitiva, preagraria, agraria, industrial y postindustrial (como los Estados Unidos de Norteamérica) (Fig.11).

Fig. 11.- En Pensilvana y Ohio (USA), los miembros del grup o religioso amish se resisten a admitir la tecnología moderna por mantener un escrupuloso respeto a la tradición. En cambio, todos los individuos participan en la construcción de las viviendas, supliendo con la estrecha colaboración de los miembros de la comunidad la obsolescencia de las herramientas e instrum entos que utilizan en tales actividades.

La actividad consciente del hombre es el resultado de una actividad cerebral cada vez más enriquecida con los avances científicos y tecnológicos, dando lugar a un mayor enriquecimiento y desarrollo de la conciencia, que será dependiente del tipo de sociedad que al hombre le toque vivir y de las condiciones sociales de justicia, equilibrio y respeto que exista entre sus miembros. Podemos concluir diciendo que la conciencia es un producto derivado de la materia del cerebro que se basa en la realidad objetiva (objetos, hechos, fenómenos) del hombre, en sus actividades y en sus experiencias o hechos y existirá mientras existan los seres humanos.

Fig. 12.- El rock, considerado sinónimo de la "música del siglo XX", ha tenido en intérpretes y compositores como el británico David Bowie a sus principales difusores. La trayectoria profesional de Bowie es un resumen de la propia historia de la cultur a musical juvenil desde mediados de la década de 1960.

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Neurociencias I

Fig. 1.- Dibujo esquemático d e una célula donde se p ueden observar las diferentes organelas que la co nstitu yen

Biología Molecular y Celular LA CELULA

Organelas Celulares (Fig. 1)

Robert Hooke (siglo XVII), observando al microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen unas estructuras elementales a las que llamó células (Fig.2).



No Membranosas:   

Estos estudios y los realizados posteriormente permitieron establecer en el siglo XIX lo que se conoce como la Teoría Celular, que dice:



Membranosas: 

1- Todo ser vivo está formado por una o más célu-

las. 2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica y fisiológica del ser vivo. 3- Toda célula procede de otra célula preexistente. 4- El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.

Filamentos o cilios Túbulos Centríolo del Núcleo y del Protoplasma En el citoplasma o protoplasma encontramos: •

•

• •

• •



Membrana citoplasmática o protoplasmática Mitocondrias Retículo Endoplásmico rugoso Retículo Endoplásmico liso Aparato de Golgi Lisosomas

Núcleo

Centríolo o centrosoma: Es un corpúsculo situado en el citoplasma o en el núcleo celular, con gran importancia en la CARIOCINESIS, es considerado como el centro de la actividad en la división celular. Durante la mitosis y meiosis, los centríolos se colocan a cada extremo de la célula y atraen los cromosomas desde la zona ecuatorial hacia los polos.

Fig. 2.- Microscopio utilizado por Robert Hooke (1670)

Membrana Celular: La célula está rodeada por una membrana, denominada membrana plasmática o celular. La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula. 11

Neurociencias I

Las funciones de la membrana podrían resumirse en: TRANSPORTE: El intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente externo. •

RECONOCIMIENTO Y COMUNICACIÓN: Gracias a moléculas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptoras de sustancias. •

Citoplasma o Protoplasma Celular: Es la sustancia que contiene las organelas celulares célula (membranosas y no membranosas). Fig. 3.- Representación esquemática de la membrana celular, consti tuida por una bicapa lipídica, proteínas y glúcidos

En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10% (Fig. 3). Estos componentes presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de fluidez.

Túbulos y filamentos: Forman el citoesqueleto o armazón interno de la célula (Fig. 4), tienen como función: 

Transporte de sustancias por medio del movimiento de los filamentos celulares, ej. Las células de la trompa de Falopio.



Propulsión para impulsarse hacia adelante, Ej. Los espermatozoides.

La membrana celular tiene las siguientes funciones: 

Rodear el contenido celular



Separar en compartimientos para que se realicen

las diferentes actividades celulares en forma independiente 

 Actuar como barrera selectivamente permeable,

impidiendo el libre intercambio de materiales o sustancias de un lado a otro de la célula. 

Transportar solutos de un lado a otro de la mem-

brana. 

Responder a estímulos externos. Estos estímulos

externos pueden provocar distintas respuestas en la célula como: Elaborar más determinada proteína o sustancia  Que se prepare para la división celular  Liberación de sustancias al exterior  Que se suicide (apoptosis)  

Fig. 4.- Distribución de los tú bulos y filamentos en la armazón o cito esqueleto celular.

Mitocondrias (Fig. 5): Son las plantas de energía de la célula, realizan el proceso de respiración celular, toman el oxigeno libre intra citoplasmático y lo trasforman en energía.

Interacción celular , permite el reconocimiento

entre ellas, así como el intercambio de materiales e información. 

Transducción de energía o conversión de energía

de un tipo en otro, Ej. La fotosíntesis, las plantas transforman la energía solar en energía química y la almacenan en forma de carbohidratos.

Fig. 5.- Estructura int erna de las mitocondrias

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Neurociencias I

Fig. 6.- Dibujo esquemático del Retículo Endoplásmico Li so y Rugoso

Retículo Endopl ásmico Rugos o (Granular): Es un conjunto de cisternas membranosas, en su parte exterior se encuentran adheridos ribosomas (ricos en ARN) en forma de racimos, los mismos que son los encargados de fabricar proteínas complejas o polipéptidos, las mismas que son almacenadas en el interior de estas cisternas o transportadas al Aparato Reticular de Golgi (Fig.6). Además existen ribosomas libres que tienen como función, producir proteínas de uso inmediato. Retículo Endoplásmico Liso (Agranular): Es un conjunto de cisternas membranosas con muchas enzimas (fermentos) localizadas en su superficie e internamente, es el encargado de producir hormonas y purificar los fluidos.  Aparat o Reti cular de Gol gi: Es un conjunto de cisternas a través de las cuales las proteínas van siendo modificadas a medida que van pasando por  ellas Ej. Les añaden carbohidratos, posteriormente son “empaquetadas” para su exportación o almacenamiento dentro de la célula. Las proteínas sintetizadas en el Retículo Endoplásmico Rugoso (RER) viajan dentro de vesículas al aparato de Golgi, el cual detecta "etiquetas" químicas en esas proteínas. Después de alterar la estructura de dichas proteínas, las libera en otras vesículas dirigiéndolas a otros destinos (Fig. 7).

Fig.7- Síntesis y transporte de proteínas a través del RER y  Apar ato de Gol gi

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Neurociencias I

El Núcleo: El núcleo es la organela más importante de las células eucariotas. El material genético de la célula se encuentra dentro del núcleo en forma de cromatina. El núcleo dirige las actividades de la célula y en él tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicación del ADN o replicación, antes de comenzar la división celular, y la transcripción o producción de los distintos tipos de ARN, que servirán para la síntesis de proteínas. El núcleo esta constituido por las siguientes partes: 

Fig. 8.- Función de los Lisosomas (Ver explicación en el texto)

Lisosomas: Los lisosomas tienen una estructura muy sencilla, semejantes a vacuolas (bombas), rodeados solamente por una membrana, contienen gran cantidad de enzimas digestivas que degradan todas las moléculas inservibles para la célula (Fig. 8, 6). Funcionan como "estómagos" de la célula y además de digerir cualquier sustancia que ingrese del exterior, vacuolas digestivas (Fig. 8, 4-5), ingieren restos celulares viejos para digerirlos también (Fig. 8, 3), llamados entonces vacuolas autofágicas







Llamados "bolsas suicidas" porque si se rompiera su membrana, las enzimas encerradas en su interior, terminarían por destruir a toda la célula. Los lisosomas se forman a partir del Retículo endoplásmico rugoso (Fig. 8, 1) y posteriormente las enzimas son empaquetadas por el Complejo de Golgi (Fig. 8, 2).



Membrana nuclear: Formada por dos membra-

nas concéntricas perforadas por poros nucleares. A través de éstos se produce el transporte de moléculas (ARN y proteínas) entre el núcleo y el citoplasma. En su membrana externa se encuentran ribosomas dispersos que generalmente se continúan con la membrana del Retículo Endoplásmico Rugoso. Nucleoplásma o Carioplasma: (CARION = núcleo), que es el medio interno del núcleo donde se encuentran el resto de los componentes nucleares. Nucléolo, o nucléolos : Son masas densas y esféricas, formados por ADN, ARN y proteínas, intervienen en la síntesis de ARNr (r = ribosómicos) que constituye los ribosomas. Nucleína: Es el producto de la descomposición de las proteínas nucleares. Cromatina: Es la porción mas coloreada del núcleo, esta constituida por ADN y proteínas, aparece durante la interfase; pero cuando la célula entra en división la cromatina se condensa y forman los cromosomas.

Fig. 9.- Dibujo esquemático del núcleo para mostr ar las estructuras qu e lo confo rman

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Neurociencias I

Fig. 10.- Genoma normal masculino

Cromatina y Cromosomas Un cromosoma es un conjunto de genes (ADN) que tiene forma de bastoncillos, son producto de la condensación de la cromatina durante la división celular Mitótica y Meiótica. Cada cromosoma contiene una sola molécula continua de ADN. El ser humano tiene un total de 46 cromosomas (23 pares), de los cuales 44 (22 pares) son denominados autosómicos (determinan las características somáticas o físicas del individuo), homólogos (es decir cada miembro de un par tiene la misma configuración y material genético que el otro).

Los 2 cromosomas restantes (1 par) son los que determinan el sexo del individuo, por lo que se los denomina cromosomas sexuales. Existen 2 tipos de cromosomas sexuales: X y Y. En caso de un individuo de sexo masculino los cromosomas sexuales serán XY, mientras que en el caso de una mujer  serán XX. El total de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo constituye su genoma, genoma, donde están codificadas todas las características que presenta un individuo (color de ojos, estatura, color de piel, etc.) (Fig. 10 ).

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Neurociencias I

Fig. 1.- Fases de la División Celular Mitótica

División Divisió n Celular Celular Etapas Etapas de la Reproduc ción Celular  Celular 

Es el proceso donde se origina nuevas células a partir de otras células vivientes. Una célula en etapa de división se denomina célula madre, y sus descendientes se llaman células hijas. La célula madre transmite copias de su información genética (hereditaria) a sus células hijas, a su vez estás hijas transmitirán los mismos genes (unidades básicas de la herencia) que heredaron de su madre a la siguien-te generación).

El ciclo de una célula es similar al de un ser  vivo, "nace" mediante la división de una célula progenitora, crece, y se reproduce. Todo este proceso es lo que constituye un ciclo celular completo com pleto Para el estudio del ciclo celular se la divide en 2 fases principales:

La célula tiene dos formas form as de reproducirse:

 

1.

La Mitosi s o Repro Reproducc ducción ión Asexuada



La mitosis es el proceso de división celular  o por el cual se conserva la información genética contenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera a o las sucesivas células a que la mitosis va a dar  origen. o La mitosis es un verdadero proceso de multiplicación celular que participa en el desarrollo, el crecimiento y la regeneración del organismo. El proceso tiene lugar por medio de una serie de pasos sucesivos que se desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido separadas en varias etapas.

o

o

Interfase Fase Fase “ M” o Mitótica

La Interfase: Consta de 3 periodos:

G1 o Primera fase de crecimiento S o de Síntesis G2 o Segunda fase de crecimiento crecim iento El período G1, llamado primera fase de crecimiento , la célula aumenta de tamaño, se sintetiza nuevo material citoplásmico, sobre todo pro- teínas y ARN. El período S o de síntesis , en el que tiene lugar  la duplicación del ADN. Cuando acaba este período, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de  ADN que al principio principio .

16

Neurociencias I

El período G2, o segunda fase de crecimiento , en el cual se sigue sintetizando ARN y proteínas; el final de este período queda marcado por la aparición de cambios en la estructura celular que se hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la Mitosis o división celu- lar. o



 An afas e (Fig . 5): En ella el centrómero se divide y

cada cromosoma se separa en sus dos cromátidas. Los centrómeros emigran a lo largo de las fibras del huso en direcciones opuestas, arrastrando cada uno en su desplazamiento a una cromátida. crom átida.

Fase “M” o Mitótica: La mitosis se divide en cinco etapas: Profase, Metafase, Anafase y Telofase.

Es el inicio de la mitosis, comienza cuando aparecen un cierto número de filamentos dobles con forma de bastoncillos: los cromosomas. Profase

(Fig.

2):

Fig. 5.- Anafase

Fig. 2 .- Profase

Cada cromosoma está constituido por dos cromátidas (Fig. 3), que se mantienen unidas por un estrangulamiento que es el centrómero. centrómero . Cada de ADN.. cromátida contiene cromátida contiene a una larga cadena de ADN

La anafase constituye la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original. Telofase (Fig. 6): Los dos grupos de cromátidas,

comienzan a descondensarse, se reconstruye la membrana nuclear alrededor de cada conjunto cromosómico, lo cual constituirá los nuevos núcleos de las células hijas. A continuación tiene lugar la división del citoplasma (citoquinesis (citoquinesis ).

Fig. 6.- Telofase Fig. 3 .- Estructur Estructur a del cromosoma

La Profase termina con la desaparición de la membrana nuclear y el nucléolo.

2.

Se inicia con la aparición del huso cromático, cromático , formado por prolongaciones de los centriolos que se ubican en los polos de la célula y a la formación de la placa metafásica o ecuatorial  ecuatorial   por la disposición de los cromosomas en la parte central o ecuador de la célula.

La meiosis es la división celular por la cual se obtiene células hijas con la mitad de los juegos cromosómicos que tenía la célula madre pero que cuentan con información completa para todos los rasgos estructurales y funcionales del organismo al que pertenecen. Se realiza en las células germinativas femeninas (ovocitos) y en las células germinativas masculinas (espermatozoos).

Metafase (Fig. 4):

La Meiosis o Reproducción Reproducc ión sexuada,

Proceso de Meiosis: 

Duplicación de los cromosomas (Fig. 7): An- tes de que se produzca la primera división los cromosomas se duplican.

Fig. 4.- Metafase

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Neurociencias I

La meiosis se produce siempre que hay un proceso de reproducción sexual. La meiosis ocurre mediante dos mitosis consecutivas. La primera división es reductiva y el resultado es la formación de dos células hijas cada una con 46 cromosomas. Fig. 7.- Meiosis: Duplicación del m aterial g enético. 

La segunda división es una división mitótica normal y el resultado final de la segunda división meiótica es la formación de cuatro células hijas cada una de las cuales tiene un núcleo con 23 cromáti-

Primera división Meiótica (Fig. 8): Los cromosomas homólogos se separan formándose dos células. Observa sin embargo, que los cromosomas están duplicados, cada uno de ellos está formado por dos cromátidas unidas por el centrómero.

das.

Consecuencias De La Meiosis 1.

Es el proceso mediante el cual se obtienen célu- las especializadas para intervenir en la repro- ducción sexual.

2.

Reduce a la mitad el número de cromosomas, y así al unirse las dos células sexuales, vuelve a restablecerse el número cromosómico de la es- pecie.

Ciclo Celular y el Cánce r

Fig. 8.- Primera División Meiótica 

Segunda división Meiótica (F ig. 9): Estamos ante un fenómeno que ya conoces: la mitosis. Durante esta segunda división los cromosomas se separan en sus dos cromátidas, dando lugar  en este caso a cuatro células haploides.

El cáncer surge en parte como resultado de una pérdida del control normal del ciclo celular por el ADN. Las células normales están en equilibrio entre su proliferación, su vida y su muerte. Si este equilibrio se altera puede haber un crecimiento desordenado incontrolado de la célula tornándose en células malignas con la capacidad de crecer en forma autónoma fuera de los controles del ciclo celular “ADN”. Las causas de la malignidad o de las enfermedades se deben a los cambios (mutaciones) del ADN de los genes (unidad trasmisora de la herencia) que intervienen en el control del ciclo celular. Todo esto sucede porque la persona se ha expuesto a radiaciones; a infecciones virales; debido al deterioro químico por la edad y la ingesta de medicamentos o drogas; y por anomalías hereditarias. Los genes con mutaciones dañinas del ADN, se llaman genes oncogenes.

Fig. 9.- Segunda División Meiótica.

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Neurociencias I

Fig. 1.- Los avances de la genética son cada vez más asombro sos desde el descubri miento del ADN hasta la clon ación de animales.

Genética y Herencia Herencia

Concepcio nes acerca de la herencia

La herencia es la transmisión de rasgos genéticos de una generación a otra. Es del proceso por el que recibimos las características de nuestros padres y las transmitimos a nuestros hijos. La rama de la biología que estudia la herencia es la genética. Las nociones más tempranas acerca de la herencia biológica giraban alrededor de la inquietud de conocer cómo se transmiten las características hereditarias de generación en generación. La revolución en la genética se produjo cuando el concepto de mezcla fue reemplazado por  el concepto de factor o unidad de la herencia. La gran contribución de Mendel fue demostrar que las características heredadas son llevadas en unidades discretas que se reparten por separado –se redistribuyen– en cada generación. Estas unidades discretas, que Mendel llamó elemente (factores), son los que hoy conocemos como genes . Las investigaciones realizadas por Mendel no fueron valoradas por sus colegas científicos y tuvieron que esperar mucho tiempo hasta ser “redescubiertas”. Las décadas que siguieron al redescubrimiento de los trabajos de Mendel fueron muy ricas en estudios genéticos que resultarían de enorme importancia.

Fig. 2 .- Este e s un homúnculo ( "hombrecito"), futuro ser humano e n miniatura, dentro de un espermatozoide (Dibujo del siglo XV).

Transcurrieron muchos siglos en los que diferentes creencias y mitos predominaron sobre las explicaciones científicas (Fig. 2). A mediados del siglo XIX, ya se sabía que los óvulos y los espermatozoides son células especializadas y que, tanto el óvulo como el espermatozoide, contribuyen a las características hereditarias del nuevo individuo. Pero 19

Neurociencias I

¿cómo, estas células especiales llamadas gametos, son capaces de transmitir las centenas de características involucradas en la herencia? La herencia mezcladora, que sostenía que las características de los progenitores se mezclaban en la progenie, como en una mezcla de dos fluidos, fue una de las hipótesis. Sin embargo, esta explicación no tenía en cuenta la persistente herencia de ciertas variantes que indudablemente ocurría.

características diferentes de variedades de guisantes puras. Mendel observó que se obtenían híbridos, si cruzaba una variedad de tallo corto con otra de tallo largo; estos descendientes conservaban el parecido con los ascendientes de tallo alto. Primera ley, o ley de uniformidad de la pri mera generación filial. 

Leyes de la Herencia de Mendel

Si se cruzan dos individuos (P) homocigóticos para un solo par de alelos, pero con distinta expresión, todos los descendientes de la primera generación, que se denominarán híbridos (F1), son idénticos (Fig. 4). Expresado de una forma más cla- ra: cuando se realiza el cruzamiento entre individuos de la misma especie pertenecientes a razas puras, todos los híbridos de la primera generación filial son iguales.

Fig. 3.- Gregor Johan Mendel (1822-1884)

En 1865, el monje agustino austriaco Gregor  Johan Mendel (Fig. 3), abad del monasterio de Brünn (Chequia), formuló las leyes hereditarias que llevan su nombre, fruto de sus estudios tras un descubrimiento ocurrido en su jardín con determinadas especies vegetales. Mendel trabajó sobre la transmisión de los caracteres de las plantas a través de sucesivas generaciones, en lo que hoy constituye el fundamento de la genética moderna. El interés por conocer esos principios partió de su experimentación con siete DOMINANTE DOMINANTE

Fig. 4.- Primera ley de Mendel: Ley de la Uniformidad.

Estos híbridos manifiestan enteramente el carácter de uno de los progenitores ( carácter dominante), mientras que el carácter del otro progenitor no se muestra, como si estuviera oculto o desapare- cido (carácter recesivo ), o bien los híbridos mues- tran un carácter intermedio entre los dos padres ( codominancia) (Fig. 5).

RECESIVO RECESIVO

Cabello ondulado Cabello ondulado Cabello de color castaño oscuro Cabello de color castaño oscuro Vello corporal grueso o calvicie (dominante Vello corporal grueso o calvicie (dominante en varones) en varones) Pigmentación normal de la piel Pigmentación normal de la piel Ojos cafes Ojos cafes Miopía o hipermetropía Miopía o hipermetropía  Audición normal  Audición normal Labios gruesos Labios gruesos Ojos grandes Ojos grandes Migraña Migraña

Pelo lacio Pelo lacio Otros colores del cabello Otros colores del cabello Vello corporal fino calvicie (recesivo Vello corporal fino calvicie (recesivo en mujeres) en mujeres) Albinismo Albinismo Ojos azules o grises Ojos azules o grises Visión normal Visión normal Sordera Sordera Labios delgados Labios delgados Ojos pequeños Ojos pequeños Ausencia de migrañas. Ausencia de migrañas.

Fig. 5.- Rasgos hereditarios selectos en humanos

20

Neurociencias I

Mendel llamó "factores" a los responsables de la herencia biológica. Hoy día a estos "factores" se les denomina genes , los cuales se encuentran ubicados en lugares específicos de los cromosomas llamados locus .

tiempo con otros de semilla verde y rugosa. De esta forma obtuvo la tercera ley, que dice:

“Si se cruzan razas que difieren en uno o más caracteres, cada uno de los caracteres hereditarios se transmite a la progenie con total independencia de los restantes.”

Los cromosomas homólogos tienen los mismos genes, de tal forma, que se corresponden exactamente punto por punto; por tanto, cada célula no tiene uno, sino dos genes para regir un carácter determinado. Así pues, cualquier carácter hereditario estará determinado por dos genes, uno procedente del padre y otro de la madre. A estos genes que rigen un carácter se les llama alelos . Si estos alelos son iguales, al individuo se le denomina homocigótico o puro , y si son distintos , heterocigótico o híbrido .

La proporción obtenida por Mendel fue de 9 plantas de semilla amarilla y lisa; 3 plantas de semi- lla amarilla y rugosa; 3 plantas de semilla verde y lisa; y 1 planta de semilla verde y rugosa (Fig. 6).

Al conjunto de los genes de un individuo se le denomina genotipo, y al conjunto de características de dicho individuo fenotipo. Segund a l ey, o d e l a segregación (o d isyunción) de los genes antagónic os. 

Fig. 6.- Tercera ley de Mendel: Ley de la Recomb inació n.

 Alt eraciones Genéticas Una mutación es un cambio heredable en el material genético de una célula. Fig. 5.- Segunda ley de Mendel: Ley de la Segregación.

Al cruzar entre sí los híbridos de la generación F1 se obtienen en la F2 distintos tipos de descendientes, parte de los cuales son como los individuos de P. Los genes que han constituido pareja en los individuos de la F1, se separan al formarse las células reproductoras de éstos. Así, al cruzar los híbridos de la F1 entres sí, obtenemos el desarrollo mostrado en los gráficos, que corresponde exactamente a lo observado por Mendel. En la F2, las 3/4 partes de los individuos obtenidos presentaban semillas lisas, y el 1/4 restante, rugosas (Fig. 5).

En la naturaleza las mutaciones se originan al azar y, aunque las causas siguen siendo inciertas, se conocen bastantes agentes externos, mutágenos, que pueden producir mutaciones como: las radiacio- nes ambientales y sustancias químicas. Una muta- ción en una célula somática, puede provocar altera- ciones en el organismo en el que se presente; pero desaparece en el momento en que muere el indivi- duo en que se originó. Sin embargo, las mutaciones en las células óvulos y espermatozoides, pueden sexuales, transmitirse como rasgos hereditarios diferenciadores a los descendientes del organismo en los que tuvo lugar la mutación.

• Tercera ley, o ley de la recombinación de los genes (transmisión independiente de los genes).

Se distinguen varios tipos de mutaciones en función de los cambios que sufre el material genético.

Mendel efectuó también cruces con plantas que diferían en dos características ( dihibridismo ): por ejemplo, guisantes de semilla lisa y amarilla a un

1.

Mutaciones cromosómicas. Este tipo de mutaciones provoca cambios en la estructura de los cromosomas.

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Neurociencias I

Delección: Implica la pérdida de un trozo de cromosoma; los efectos que se producen en el fenotipo están en función de los genes que se pierden. •

1 2 3 4 5 Duplicación: En este caso existe un trozo de cromosoma repetido.

Las alteraciones de los cromosomas sexua- les pueden producir varios síndromes, los siguientes son los más comunes: Síndrome de Klinefelter, X XY, son individuos de sexo masculino, con escaso desarrollo de las gónadas (Fig.8). 

•

1 2 3 3 4 5

Síndrome de Turner, X0, son individuos de sexo femenino, con aspecto hombruno, atrofia de ovarios, enanismo (Fig. 9). 

Translocación: En este caso un trozo de cromosoma ocupa un lugar diferente al normal. •

1 2 4 3 5 Mutaciones genómicas. Este tipo de mutaciones afecta a la dotación cromosómica de un individuo, es decir, los individuos que las presentan tienen en sus células un número distinto de cromosomas al que es propio de su especie. No son mutaciones propiamente dichas, porque no hay cambio de material genético, sino una aberración, la cual suele ser el resultado de una separación anormal de los cromosomas durante la meiosis, con lo que podemos encontrarnos individuos triploides (3n), tetraploides (4n), etc. 2.

En el hombre, existen varios síndromes provocados por la no separación de una pareja de cromosomas homólogos durante la meiosis, con lo cual permanecen unidos y se desplazan juntos a un mismo gameto provocando lo que se denomina trisomía, es decir un individuo con un cromosoma triplicado. Estas alteraciones pueden ocurrir en los cromosomas autosómicos o en los sexuales. Las alteraciones más frecuentes a nivel de los cromosomas autosómicos son:   

Trisomía 18, Síndrome de Edwards Trisomía 21, Síndrome de Down (Fig.7) Trisomía 13 o 15, Síndrome de Patau

Fig. 8.- Síndrom e de Klin efelter

Fig. 9.- Síndrom e de Turner 

Síndrome de Súper Macho, XYY: Elevada estatura, personalidad infantil, bajo coeficiente intelectual, tendencia a la agresividad y al comportamiento antisocial. 

Síndrome de Súper Hemb ra, X XX, Infantilismo y escaso desarrollo de las mamas y los genitales externos 

Fig. 7.- Características genotípicas (a) y fenotípicas (b) del síndrome de Down

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Neurociencias I

Fig. 1.- Microfotog rafía de una neurona teñida con u n colo rante que muestra la sustancia d e Nissl (1) y el núcleo (2).

Citología Nerviosa El sistema nervioso está compuesto, principalmente de tres tipos de células: a) Neuronas b) Neuroglias c) Células Ependimarias 

Las Neuronas: Es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Tienen la función de transmitir el impulso nervioso, ya sea motor, sensitivo o sensorial (Fig.1).



Las Neuroglias: Sirven como sostén y defensa de las neuronas, ocupan el espacio que existe entre las neuronas.



Las Células Ependimarias: Son células de sostén y de revestimiento de las cavidades ventriculares y del epéndimo.

La hipótesis de Cajal se oponía a la de otros científicos de su época que concebía al sistema nervioso como una amplia de red de fibras nerviosas conectadas entre sí formando un continuo (en analogía a los vasos sanguíneos).

LA NEURONA Un poco de hist oria... El científico español Santiago Ramón y Cajal (Fig. 2), logra describir por primera vez los diferentes tipos de neuronas en forma aislada. Al mismo tiempo plantea que el sistema nervioso estaría constituido por neuronas individuales, las que se comunicarían entre sí a través de contactos funcionales llamados sinapsis (teoría de la neurona).

Fig. 2.- Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) Premio Nobel de Medicina en 1906 por sus investigaciones sobre las células neuronales.

23

Neurociencias I

Teoría Neuronal Es fundamental para toda la neurobiología la llamada teoría neuronal de Waldeyer y Cajal que afirma: 

Unidad Genética.- Toda neurona deriva de una célula embrionaria -el neuroblasto- No se divide en el curso de la vida del individuo.



Unidad Estruct ural.- La célula es unidad estructural, ya que su cuerpo y prolongaciones se mantienen siempre independientes anatómicamente y aunque se ponen en contacto unas con otras, no se hace por continuidad de sustancia sino por  contigüidad como estudiaremos en el capítulo dedicado a sinapsis.



Unidad Funcional.- Las células nerviosas son unidades funcionales del sistema nervioso, pues, las neuronas son los únicos elementos capaces de recibir las incitaciones, transformarlas en impulsos nerviosos y enviarlos luego a los órganos efectores correspondientes.



Unidad Trófica.- También llamada unidad de alimentación, puesto que el cuerpo de la neurona es el que alimenta sus prolongaciones (axón y dendritas). En consecuencia, cualquier lesión del cuerpo celular y especialmente del núcleo, produce la degeneración y muerte de toda la célula.

a) Monopolares b) Bipolares c) Multipolares

Clasificación de la Neurona según Caja l Cajal clasificó las neuronas tomando en cuenta la disposición de las prolongaciones en los siguientes tipos: a) Células Estrelladas.- Constituyen las más comu-

nes, las prolongaciones nacen de la superficie celular y son gruesas en su origen (Fig. 1). Ej.: Células radiculares del asta anterior de la médula. b) Células con grueso tronco protoplasmático. - Son

neuronas en las que una de las dendritas es más gruesa que las otras dando la apariencia que la neurona en ese sitio está como estirada y lo es menos en el punto en que nacen las otras dendritas. Ej.: Célula piramidal de Betz de la corteza cerebral (Fig. 4).

Tamaño y Form a El tamaño de la neurona es variable, las más pequeñas tienen de dos a cuatro micrones, son las células granulosas o granos del cerebelo ; en cambio las más grandes pueden llegar a medir hasta 150 micrones como las grandes células piramidales de Betz que están en la corteza cerebral. Su forma es muy irregular, debido especialmente a sus prolongaciones o ramificaciones que salen del cuerpo o soma. Hay esféricas, fusiformes, estrelladas, etc. Según el número de prolongaciones que salen del cuerpo celular, las neuronas se dividen en:

Fig. 3.- Neuronas según sus prolong aciones

Fig. 4.- Neuron a Piramidal de Betz

c)

Células con penacho opósito polar. - Son células

nerviosas en las que de un polo nace una dendrita gruesa y del otro polo salen varias dendritas semejando un penacho. Ejemplo: Células del asta de Ammón. d) Células con arborización protoplasmática unipolar.- Células nerviosas que se caracterizan por-

que todas las dendritas nacen de un tronco común de uno de los polos (Fig. 6). Ejemplo: Células de Purkinje del cerebelo.

Fig. 6.- Célula de Purk inje

24

Neurociencias I

Clasific ación de la Neuro na según Golgi

a) Cuerpo celular 

Golgi clasifica las neuronas de acuerdo a la longitud del axón en los siguientes tipos:

Desde el punto de vista microscópico, el cuerpo de la célula nerviosa es similar al de las otras células, está limitado por su lado externo por una membrana plasmática en la cual está incluido el núcleo y el resto de organelas, no entraremos en detalles de todas las organelas, sólo en aquellas características de la neurona y que no se observan en otras células, así tenemos:

a)

Tipo Golgi I.- Aquellas células que tienen axón

largo.

b)

Tipo Golgi II. - Tienen axón corto. Ej.: Células de asociación de la médula espinal.

Clasific ación Funcion al de las Neuron as

•

Se clasifican funcionalmente en tres tipos: 1)

Neuronas sensoriales. Transmiten información

recogida de estímulos externos (por ejemplo: sonido, luz, presión, señales químicas,...) o responde a estímulos internos del cuerpo (por  ejemplo: posición de una articulación, orientación de la cabeza,...). 2) Neuronas motoras. Conducen señales a los órganos efectores, causando contracción de músculos o secreción de células glandulares. 3) Interneuronas. Conectan otras neuronas con el sistema nervioso central.

Partes Princi pales de la Neurona La neurona está compuesta de tres partes principales que son (Fig.7):

•

•

•

Sustancia de Nissl: Consiste en gránulos que se distribuyen en todo el citoplasma del cuerpo celular excepto en la región del axón. Es responsable de la síntesis de proteínas, que reemplazan a las que se destruyen durante la actividad celular, intervienen así en la reparación neuronal en caso de lesión. Neurofibrillas: Corren paralelas entre sí a través del cuerpo celular hacia las prolongaciones, es probable que ayuden al transporte celular. Lipofucsina: Se presenta como gránulos pardo amarillentos dentro del citoplasma. Se estima que representan un subproducto metabólico que se acumula con la edad. Melanina: Se encuentran en el citoplasma de ciertas neuronas del encéfalo, como por ejemplo la sustancia negra. Está relacionada con la capacidad para sintetizar catecolaminas (dopamina).

a) Soma o cuerpo b) Dendritas o prolongaciones cortas c) Cilindroeje, axón o prolongación larga

Fig. 7.- Dibujo esquemático d e las partes y estruct ura de la neurona.

25

Neurociencias I

Fig. 8.- Dibujo esquemático de la membrana celular de una neurona •

Membrana Plasmática

La membrana plasmática forma el límite externo continuo del cuerpo celular y sus prolongaciones y en la neurona es el sitio de iniciación y conducción del impulso nervioso.

dendrita, algunos de ellos alcanzan hasta cerca de un metro de longitud. Desnudos o con vainas protectoras, reciben también el nombre de fibras nerviosas, constituyendo la mayor parte de las vías del sistema nervioso central y de los distintos nervios.

La membrana plasmática y la cubierta celular   juntas forman una membrana semipermeable que permite la difusión de ciertos iones a través de ella pero limita otras. En estado de reposo los iones de K + (potasio), difunden a través de los canales proteicos de la membrana plasmática desde el citoplasma celular hacia el líquido tisular y al mismo tiempo la bomba de Na+ (sodio) y K+ saca los iones de Na + al exterior y mete los iones K +. La permeabilidad de la membrana a los iones de K + es mucho mayor que la entrada de Na+ Fig. 8).

Los axones son las líneas de comunicación del sistema nervioso y a lo largo de ellos viajan impulsos eléctricos portadores de mensajes, desde una parte del cuerpo a otra. A veces se los compara con los cables eléctricos, pero no transportan la energía eléctrica en la forma que lo hace un alambre, ya que este transporta la electricidad a una velocidad que se aproxima a la de la luz, en cambio en un axón un impulso se desplaza solamente unos metros por  segundo. Además lo hace en sentido celulífugo .

Esto da como resultado una diferencia de potencial que es la base de la transmisión del impulso nervioso, y que lo estudiaremos más adelante.

Fibra Nerviosa

b) Dendrit as o prolongaciones cortas

Nacen del cuerpo celular, se presentan en número variable y por lo general más gruesas que el axón.

Se conoce con este nombre a todo elemento largo y delgado que tiene la propiedad de conducir o transmitir estímulos o sensaciones. La fibra nerviosa en su origen constituye el axón o neurito de la célula nerviosa.

No poseen calibre uniforme, sino que es mayor en su origen. Terminan la mayoría de ellas en arborizaciones, que le dan un aspecto característico. Su longitud es menor que la de un axón y en el sentido fisiológico conduce el impulso nervioso hacia el cuerpo celular. (celulípeto ). c)

Cilindroeje o axón

Se origina del cuerpo celular por una zona que se denomina cono de arranque o montículo axónico, casi siempre hay uno, es más largo y delgado que la

Fig. 9.- Representación esquemática de la fibr a nerviosa y sus envolturas.

26

Neurociencias I

Fig. 10.- Formación de la vaina de mielina por el Lemnocito o célula de Schwan

La fibra nerviosa tiene aspecto diferente según su contenido de mielina y vaina de Schwann (Fig. 9). De esta manera la clasificación clásica de las fibras nerviosas se basa en la presencia o ausencia de vainas que rodean al axón. La Mielinización

Empieza a comienzos del cuarto mes y no se ha completado cuando el niño nace; algunas fibras se mielinizan en la vida extrauterina. La cantidad total de mielina del sistema nervioso central aumenta desde el momento del nacimiento hasta la madurez cada fibra se mieliniza más intensamente durante el período de crecimiento. La mielina no es necesaria para que la fibra conduzca impulsos nerviosos, pero, si es necesaria para que las fibras conduzcan los impulsos suficientemente bien para permitir que los músculos efectúen movimientos delicados y precisos. No obstante, al nacer, las células nerviosas se hallan aún incompletamente desarrolladas y su crecimiento se prolonga hasta os 25 años aproximadamente. La maduración psíquica de la juventud está ligada no al aumento del número de neuronas, sino a la extensión y prolongación de sus dendritas y axones. Las células llegan entonces a la edad adulta. Por esta razón, el tejido nervioso presenta una estrecha relación con el comportamiento del individuo, y, puesto que su organización se sucede en el tiempo y en el espacio, no es de extrañar que en sus estructuras aparezcan estratos o niveles, en correspondencia con los de la conducta o comportamiento. El neurólogo británico J. H. Jackson (1835 – 1911), formuló la siguiente ley para el sistema nervioso:

“Las funciones nerviosas son las últimas que se desarrollan y las primeras que se destruyen”

Mielina.- Es una sustancia grasosa inerte,

contiene colesterol, fosfolípidos y otros componentes . La mielinización suele iniciarse cerca del cuerpo neuronal y prosigue a lo largo del axón hacia su terminación. Neurilema o Vaina de Schwann.- Constituye la cubierta externa de la fibra nerviosa, se forma a partir del Lemnocito de Schwan que se enrolla alrededor del axón (Fig. 10). No es una vaina continua, sino que se interrumpe en ciertos trechos, en lo que se llama Nudo de Ranvier . En muchas fibras nerviosas hay una capa de mielina entre la fibra nerviosa y el neurilema (fibras mielínicas). Otras en cambio tienen muy poca mielina (fibras mielínicas). Nódulos de Ranvier.- En este sitio la membrana del axón queda libremente expuesta al líquido tisular, por lo tanto, los electrolitos, pueden intervenir  en la despolarización de la membrana, con la que llegamos a la conclusión que los nudos de Ranvier   juegan un papel muy importante en la transmisión del impulso nervioso (Teoría saltatoria de la transmisión del impulso).

“La mielina procede del Lemnocito de Schwan” 

El impulso nervioso La conducción nerviosa está asociada con fenómenos eléctricos. La diferencia en la cantidad de carga eléctrica entre una región de carga positiva y una región de carga negativa se llama potencial eléctrico . Casi todas las membranas plasmáticas tienen una diferencia de potencial eléctrico -el potencial de membrana en el que el lado interno de la membrana es negativo respecto al lado externo. El interior de la membrana está cargado negativamente con respecto al exterior. Esta diferencia de voltaje -la diferencia de potencial- constituye el llamado potencial de reposo de la membrana.

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Neurociencias I

Fig. 11.- Dibujo esquemático del intercambio de ion es a través de la membrana plasmática neuronal en estado de reposo

Cuando el axón es estimulado, el interior se carga positivamente con relación al exterior. Esta inversión de la polaridad se denomina potencial de acción. El potencial de acción que viaja a lo largo de la membrana constituye el impulso nervioso. El potencial de acción depende del potencial eléctrico neuronal, que, a su vez, es posible por las diferencias en la concentración iónica a cada lado de la membrana. En los axones, las diferencias críticas de concentración involucran iones potasio (K +) e iones sodio (Na+). La distribución de los iones a ambos lados de la membrana es característica y es gobernada por  tres factores: 1) La difusión de partículas a favor de un gra-

diente de concentración 2) La atracción de partículas con cargas opuestas y la repulsión de partículas con cargas iguales y 3) Las propiedades de la propia membrana. La bicapa lipídica de la membrana del axón es impermeable a los iones y a la mayoría de las moléculas, por lo que el movimiento de partículas a través de la membrana depende de proteínas canales que las partículas pueden atravesar por difusión facilitada o por transporte activo. Los iones son específicos, particularmente Na + y K+. Otro rasgo significativo de la membrana del axón es la presencia de una proteína -la bomba de sodio-potasio- que bombea iones Na+ hacia afuera del axón e iones K + hacia adentro.

En la bicapa lipídica del axón hay proteínas integrales de membrana que actúan como canales, por los que los iones K + y Na+ se pueden desplazar entre el citoplasma de los axones y el líquido intersti-

cial externo. Estos canales permanecen siempre abiertos, y durante el estado de reposo permiten la difusión de los iones hacia adentro y hacia fuera del axón siguiendo su gradiente de concentración. Al mismo tiempo, la bomba Na +/ K+ bombea 3 iones Na+ hacia fuera del axón por cada 2 iones K + bombeados hacia adentro. La concentración de iones K+ es mucho mayor en el citoplasma celular que en el líquido intersticial. Por lo tanto, los iones K + difunden hacia fuera del axón a través de los canales de K +, a favor de su gradiente de concentración. Los iones más grandes, cargados negativamente, no pueden acompañar a los iones K+ en su camino hacia fuera del axón. Esto da como resultado una diferencia de potencial estable de alrededor de -70 mv que pueden medirse a través de la membrana ya que el interior es negativo en relación al exterior (Fig. 11). La membrana axónica está polarizada, el interior es más negativo que el exterior, lo que determina el potencial de reposo. Cuando una célula nerviosa es excitada (estimulada) por un medio eléctrico, mecánico o químico, ocurre un rápido cambio de permeabilidad de la membrana a los iones de Na +, estos iones difunden desde el líquido tisular a través de la membrana plasmática hacia el citoplasma celular y la bomba de Na+ y K+ se desactiva. Esto induce a que la membrana se despolarice progresivamente. La súbita entrada de iones Na+ seguida por la polaridad alterada produce determinado potencial de acción que es de aproximadamente +40 mv (Fig. 12). Este potencial es muy breve (5 nseg) ya que muy pronto la mayor permeabilidad de la membrana a los iones de Na+ cesa y aumenta la permeabilidad de los iones K+, de modo que estos comienzan a fluir  desde el citoplasma celular y así el área localizada de la célula retorna al estado de reposo.

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Neurociencias I

Fig. 12.- Grafico esquemático del intercambio de iones a través de la membrana plasmática neuronal, se observauna inversión del flujo p ara el ion K + e Inactivación de la bomba de Na + y K+, durante un potencial de acción

Una vez generado el potencial de acción se propaga por la membrana plasmática, alejándose del sitio de iniciación y es conducido a lo largo del axón como impul so nervios o (Fig.13). Un aspecto importante del impulso nervioso es que, una vez iniciado, la inversión transitoria de la polaridad continúa moviéndose a lo largo del axón, el potencial de acción se autopropaga porque en su pico, cuando el interior de la membrana en la región activa es comparativamente positivo, los iones cargados positivamente se mueven desde esta región al área adyacente dentro del axón, que todavía es comparativamente negativa. Como resultado, el área adyacente se despolariza o, sea, se hace menos negativa. Esta despolarización abre los canales de Na + activos, que permiten que los iones Na + entren precipitadamente. El incremento resultante en la concentración interna de iones Na+ despolariza la siguiente área contigua de la m embrana, haciendo que sus canales iónicos de Na + se abran y permitiendo que el proceso se repita. Como consecuencia de este proceso, el axón es capaz de conducir un impulso nervioso a una distancia considerable sin que cambie en absoluto la intensidad.

En las fibras mielínicas, la presencia de la vaina sirve como aislante. En consecuencia una fibra nerviosa mielínica sólo puede ser estimulada en los nodos de Ranvier, donde el axón está desnudo y los iones pueden pasar libremente a través de la membrana plasmática. Estos saltos de potencial de acción de un nodo al siguiente se denominan conducción saltatoria. Este mecanismo es más rápido que el hallado en las fibras amielínicas (120 m/s en comparación con 0,5 m/s).

El impulso nervioso se mueve en una sola dirección, y ningún otro estimulo puede provocar otro potencial de acción, hasta que el primero no haya terminado de pasar por todo el axón ( ley del todo o nada). La duración de este estado no excitable se denomina: período refractario.

Conducción en lo s Nervios Periféricos En las fibras amielínicas, el potencial de acción se desplaza en forma continua a lo largo del axolema excitando progresivamente las áreas vecinas de la membrana.

Fig. 13.- Cambios iónicos de la membrana neuronal durante la transmisión del impulso nervioso.

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Neurociencias I

Sinapsis La función de la neurona es la comunicación y la función del SN es generar un comportamiento, ambos en virtud de las conexiones ínter neuronales. Una neurona ejerce su influencia para excitar a otras neuronas mediante los puntos de unión o sinapsis. Una sinapsis es la unión especializada en la cual una terminal de un axón contacta con otra neurona o tipo de célula. El axón y la dendrita nunca se tocan. Siempre hay un pequeño vacío llamado hendidura sináptica. La dirección normal del flujo de información se produce desde la terminal del axón hasta la neurona diana. A la neurona que libera el neurotransmisor se le llama neurona presináptica. A la neurona receptora de la señal se le llama neurona postsináptica.

cuentra en el cuerpo celular, se dice que la sinapsis es axosomática. En algunos casos, la membrana postsináptica se encuentra en otro axón y estas sinapsis se denominan axoaxónicas. En algunas neuronas especializadas, las dendritas en realidad forman sinapsis entre sí y reciben el nombre de sinapsis dendrodendríticas (Fig. 1).

Cada neurona se comunica con muchas otras al mismo tiempo. Puesto que una neurona puede enviar o no un estimulo, su comportamiento siempre se basa en el equilibrio de influencias que la excitan o la inhiben en un momento dado. Las neuronas son capaces de enviar estímulos varias veces por segundo.

Las sinapsis suelen clasificarse en dos tipos según la transmisión del impulso: sinapsis química y sinapsis eléctrica.

Unión neuromuscular. Las sinapsis químicas también se producen entre los axones de las neuronas motoras de la médula espinal y del músculo esquelético. Está sinapsis también recibe el nombre de unión neuromuscular y posee muchas de las características estructurales de las sinapsis químicas del SNC. •

Clases de sinapsis Sinapsis del SNC. En el SNC, los diferentes tipos de sinapsis pueden distinguirse mediante la parte de la neurona que es postsináptica a la terminal del axón. Si la membrana postsináptica se encuentra en una dendrita, se dice que la sinapsis es axodendrítica. Si la membrana postsináptica se en•

Fig.1.- Tipos de sinapsis que se encuentran en el SNC 30

Neurociencias I

Sinapsis Eléctricas

Sinapsis Químicas

La mayor parte de sinapsis de los mamíferos son químicas, pero existe una forma de sinapsis eléctrica muy simple y antigua desde un punto de vista evolutivo que permite la transmisión directa de una corriente iónica de una célula a otra. Las sinapsis eléctricas se producen en sitios especializados denominados espacios de interconexión, la membrana presináptica y la postsináptica sólo están separadas 3nm y este estrecho espacio esta recubierto de proteínas especiales denominadas conexones (Fig. 2). Los conexones forman canales que permitan que los iones y el agua pasen directamente al citoplasma de una célula al de otra.

Como norma, la transmisión sináptica en el sistema nervioso humano maduro es química, de modo que ahora nos centraremos exclusivamente en las sinapsis químicas. Antes de describir sus diferentes tipos, examinaremos algunas de sus características universales.

Fig. 3.- Elementos de l as sinapsis químicas

Fig. 2.- Elementos de las sinapsis eléctricas

Puesto que la corriente eléctrica puede atravesar estos canales, se dice que las células conectadas por espacios de interconexión están acopladas electrotónicamente. El poro del canal formado por los conexones es uno de los poros conocidos de mayor  tamaño. Su diámetro es aproximadamente de 2nm, lo bastante grande como para que puedan atravesarlo todos los iones celulares importantes y numerosas moléculas orgánicas pequeñas. La transmisión en la sinapsis eléctrica es muy rápida y, en muchos casos, infalible. Por consiguiente, un potencial de acción en la neurona presináptica puede producir, casi instantáneamente, un potencial de acción en la neurona postsináptica. Cada unión sináptica está formada por una  parte de una neurona (terminal sináptico) que conduce un impulso a la sinapsis y por otra, de otra neurona (estructura postsináptica) que recibe el impulso en la sinapsis (Barr, 1994).

La membrana presináptica y la postsináptica en la sinapsis química están separadas por una hendidura sináptica cuya anchura es de 20 – 50 nm, 10 veces la anchura de la separación de los espacios de interconexión (Fig. 3). La hendidura está llena de una matriz de una proteína extracelular fibrosa que une entre sí la membrana presináptica y la postsináptica. El lado presináptico de la sinapsis, también denominado elemento presináptico, suele ser una terminal de un axón (botón terminal). La terminal típicamente contiene docenas de pequeñas esferas rodeadas por una membrana, de unos 50 nm de diámetro, denominadas vesículas sinápticas. Estas vesículas almacenan el neurotransmisor, la sustancia química utilizada para comunicarse con la neurona postsináptica. Numerosas terminales de axones también contienen vesículas de mayor tamaño, de unos 100 nm de diámetro, denominadas gránulos de secreción.

Principios de la Transmisión Sináptica Química Consideremos las necesidades básicas de la transmisión sináptica química. Es preciso que exista un mecanismo para sintetizar y reponer el neurotransmisor en las vesículas sinápticas, un mecanismo que provoque el vertido del contenido de las vesículas en la hendidura sináptica como respuesta a un potencial de acción presináptico, un mecanismo para producir una respuesta eléctrica o bioquímica al neurotransmisor en la neurona postsináptica y un mecanismo para extraer el neurotransmisor de la hendidura sináptica. Y para que sea útil para la sensación, percepción y control de los movimientos, todo esto ha de tener lugar muy rápidamente.

35

Neurociencias I ¡Con razón los fisiólogos inicialmente se mostraban escépticos respecto a la existencia de sinapsis químicas en el cerebro!

Por fortuna, gracias a varias décadas de investigación sobre el tema, hemos adquirido numerosos conocimientos sobre cómo se llevan a cabo tan eficientemente mucho de estos aspectos de la transmisión sináptica. Síntesis y Almacenamiento de los Neurotransmisores Algunos neurotransmisores, son producidos en el soma (cuerpo), empaquetados en las vesículas que migran a través del axón mediante flujo axoplásmico por medio de los microtúbulos hacia el terminal presináptico (botón terminal), donde se conocen con el nombre de vesículas sinápticas o gránulos de secreción dependiendo de sus contenidos (neurotransmisores o péptidos). Liberación de los neurot ransmisor es La liberación de neurotransmisores está desencadenada por la llegada de un potencial de acción (impulso nervioso) a la terminal del axón. La despolarización de la membrana de la terminal produce la abertura de los canales de calcio. El aumento consiguiente de la concentración interna del calcio, [Ca++], es la señal, por la cual el neurotransmisor  es liberado a partir de las vesículas sinápticas.

Fig. 4.- Liberación de los neurotransmisores en la hendidura sináptica

Unión del neurotransmis or con el receptor  Una vez liberado en la hendidura sináptica, los neurotransmisores (ej. acetilcolina), se desplazan hacia la membrana postsináptica, en esta membrana se encuentran proteínas especializadas que tienen función receptora, a las cuales se unen. La unión del receptor con el neurotransmisor es específica como la llave y la cerradura, es decir que cada neurotransmisor se puede unir solo a un determinado receptor (Fig. 5).

Las vesículas liberan su contenido mediante un proceso que se denomina exocitosis. La membrana de la vesícula sináptica se une con la membrana presináptica y permite que el contenido de la vesícula se vacíe en la hendidura sináptica (Fig. 3-4).

Fig. 5.- Unión de los neurotransmisores con l os receptores

Después de realizado el acople entre el receptor y el neurotransmisor se desencadenan una serie de fenómenos bioquímicos en la membrana postsináptica que ocasionan su despolarización, entre los cambios más importantes tenemos:  

Fig. 3.- Las vesículas sinápticas se dirigen hacia la membrana presináptica por acción de la entrada de Ca++.

El neurocientífico del New York University Medical Center , Rodolfo Llinás, utilizando una “ sinapsis gigante” del sistema nervioso del calamar, puso de manifiesto que la exocitosis puede ocurrir con mucha rapidez, al cabo de 0,2 mseg de la entrada d e Ca2+ en la terminal.

Inactivación de la bomba de Sodio (Na +) y Potasio (K+) Entrada del Na+ y salida del K+ del interior de la célula

Eliminación e inactivación de los neurotransmisor es Una vez ocurrida la despolarización de la membrana postsináptica y por consiguiente el exitoso paso del impulso nervioso, los neurotransmisores se desacoplan (separan) de los receptores y son

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Neurociencias I

inmediatamente captados por enzimas ( ej. acetilcolinesterasa) que los inactivan (destruyéndolos) transformándolos en sustancias sin capacidad de producir  una nueva despolarización de la membrana. Algunas de estas sustancias en que se divide el neurotransmisor por acción de las enzimas, es recaptada por la neurona presináptica para a partir de ellas sintetizar nuevos neurotransmisores. De esta manera la membrana postsináptica vuelve a su estado de reposo que tenía antes que el neurotransmisor se una con el receptor y pueda estar lista para la llegada de un nuevo impulso nervioso, esto se conoce como repolarización, y se produce por:  

Reactivación de la bomba de Sodio (Na+) y Potasio (K+) Salida del Na+ y entrada del K+ al interior de la célula

Es importante recordar que ningún nuevo estimulo (impulso nervioso) puede despolarizar la membrana neuronal mientras el estímulo anterior no haya pasado completamente, es decir mientras no haya vuelto a su estado inicial de reposo (Ley del todo o n ada)

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Neurociencias I

Fig. 1.- Representación artística de los neurotr ansmisores viajando por la hendidu ra sináptica

Neurotransmisores La comunicación entre las neuronas de las vías y circuitos neurales ocurre por la liberación en la sinapsis de mensajeros químicos llamados neurotransmisores (Fig. 1). Para que una sustancia se reconozca como neurotransmisor debe: Sintetizarse en la neurona Localizarse en la terminal presináptica Ser liberada en la hendidura sináptica Unirse con un sitio receptor en la membrana postsináptica de otra neurona o efector donde altera los canales iónicos (provocar una respuesta) 5. Removerse por un mecanismo específico de su sitio de acción. 1. 2. 3. 4.

Se han identificado más de 20 sustancias como neurotransmisores. Estos se clasifican en: a) b)

Pequeñas moléculas transmisoras. Péptidos neuroactivos.

Las primeras, todas las cuales son aminas, son de tres tipos: a)  Acetilcolina, el único transmisor de bajo peso

molecular no derivado de un aminoácido. b)

Cuatro aminas biogénicas (monoaminas), entre

las que se encuentran las tres catecolaminas: dopamina, noradrenalina (norepinefrina) y adrenalina (epinefrina) (todas derivadas del aminoácido tirosina), así como la indolamina serotonina que se deriva del aminoácido triptófano. c) Tres aminoácidos , ácido gammaaminobutírico (GABA), glicina y glutamato. En un medio enzimático apropiado, la dopamina puede conver-

tirse en noradrenalina y está última en adrenalina. De entre los numerosos péptidos neuroactivos se incluyen neurotransmisores putativos como: a) Péptidos opioides b) Hormonas y péptidos asociados con el hipotála-

mo y glándula pituitaria c) Sustancia P, al igual que muchos otros. Las pequeñas moléculas transmisoras se sintetizan a partir de moléculas distribuidas en muchas regiones de la neurona, incluso las terminales nerviosas. La mayoría de las neuronas produce sólo un neurotransmisor , el cual libera en cada una de sus sinapsis. Es posible que algunas neuronas liberen dos neurotransmisores; uno de éstos es una molécula pequeña y el otro un péptido neuroactivo.

 Acetilcolina Es sintetizado por la enzima acetilcolintransferasa a partir de la Acet il coenzi ma A y la colina, y degradado por la enzima acetilcolinesterasa (colina y acetato), en la hendidura sináptica. Ambas enzimas se sintetizan en el cuerpo celular de la neurona y la acetilcolina en las terminales nerviosas. •

Sistema nervioso periférico (SNP)

La acetilcolina es el principal neurotransmisor liberado por las neuronas del SNP. Tales neuronas colinérgicas comprenden: 38

Neurociencias I a) b)

•

Las motoneuronas inferiores Todas las neuronas del sistema nervioso autónomo, excepto las posganglionares simpáticas. Sistema nervio so central

Se localizan en el núcleo basal de Meynert (situado en la base del cerebro anterior) poseen axones que se proyectan y terminan de forma amplia en la corteza cerebral (Fig. 2). Las alteraciones en estas fibras se consideran asociadas con la demencia de la enfermedad de A lzheimer . Las neuronas colinérgicas forman parte de los complejos circuitos del sistema límbico, como: Neuronas tegmentales del tronco encefálico que se proyectan al hipotálamo y tálamo. b) Neuronas del área septal cuyos axones terminan en el hipocampo y otros núcleos como el interpeduncular. a)

Fig. 3.- Las vías dopaminérgicas. Las letras A indican la localización de grupos neuronales que sintetizan el neurotransmisor.

Unas de las sustancia que afectan al sistema dopaminérgico son las anfetaminas y la cocaína.

Los sistemas dopaminérgicos están implicados de manera especial en lo que suele denominarse sistema de recompensa cerebral, lo cual puede explicar el alto grado de adicción potencial de la cocaína. La dopamina puede estar relacionada con la fisiopatología de los trastornos del ánimo. •

Fig.2.- Las vías colinérgicas con sus principales núcleos de origen.

Catecolaminas •

Dopamina

Las neuronas dopaminérgicas se encuentran en diversos sitios en el SNC. Está presente en las neuronas de la sustancia negra y del área tegmental ventral (ATV) en el mesencéfalo. La vía dopaminérgica nigostriatal para el estriado (putamen y núcleo caudado) es fundamental en la actividad motora (Fig. 3). La pérdida de las influencias inhibitorias de estas neuronas se asocia con los síntomas de la enfermedad de Parkinso n . Los axones de las neuronas del ATV se proyectan a la amígdala, el área septal y el lóbulo frontal del sistema límbico. La disfunción de dicho sistema se relaciona con varios aspectos de la esquizofreni a.

Noradrenalina (norepinefrina)

La noradrenalina es un neurotransmisor tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. Las neuronas con cuerpos celulares de ciertos núcleos localizados en el tegmento del tronco encefálico contienen grandes cantidades de noradrenalina; éstos son el locus ceruleus (LC) y los núcleos tegmentales laterales. Los axones de estos núcleos se proyectan a todas las principales regiones del sistema nervioso central (Fig.4). Los axones del LC se extienden: a) al tectum mesencefálico, tálamo, hipotálamo,

hipocampo y la corteza cerebral b) hacia la corteza cerebelosa c) bulbo y médula espinal. La “casi universal” distribución del LC está de acuerdo con la función de modulador de la actividad de base (tono cerebral) que se ha sugerido posee. En apariencia, las proyecciones del LC modifican la conducta de despertamiento, grado de alerta, actividad electroencefalográfica y el sueño.

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Neurociencias I

Las neuronas de los núcleos del rafe rostral (mesencéfalo) tienen axones que terminan en el diencéfalo, estriado, corteza cerebral y el epéndimo que limita los ventrículos. Las de los núcleos medios (puente) poseen axones que concluyen en el cerebelo, mientras que aquellas de los núcleos caudales (bulbo raquideo) muestran axones que se proyectan a núcleo espinal del nervio trigémino y a la sustancia gris de la médula espinal. Se ha implicado a la serotonina en funciones asociadas con la inducción del sueño, transmisión del dolor (analgesia provocada por estímulos) y ciertos estados psicóticos. Se dice que ocurre amnesia total cuando se destruyen estas neuronas del rafe o si las reservas de serotonina disminuyen. Fig. 4.- Las vías dopaminérgicas. Las letras A indican la localización de grupos neuronales que sintetizan el neurotransmisor.

Los núcleos tegmentales tienen axones con una distribución más limitada hacia la base del cerebro y la médula espinal. A través de esta extensa distribución, es probable que el sistema noradrenérgico tenga un papel en el humor (talante) (conexiones con el sistema límbico), memoria (conexiones con la corteza cerebral) y regulación hormonal y homeostasis (proyecciones al hipotálamo y sistema nervioso autónomo).

En apariencia, la elevación y caída en la cantidad de serotonina contribuyen a la modulación de los cambios de humor , desde la depresión (insuficiencia de serotonina) hasta el  jú bilo (exceso de serotonina), y se le ha relacionado con la producción de alucinaciones.

La noradrenalina es el transmisor que se relaciona con las neuronas posganglionares del sistema nervioso simpático, excepto con las que inervan las glándulas sudoríparas. •

 Adren alina (epin efr ina)

Está monoamina está presente en la médula suprarrenal, de donde se libera en respuesta al estrés fisiológico y psicológico (estados de alerta y huida). También es un transmisor liberado por neu-

ronas situadas en el tegmento de la porción inferior  del tronco encefálico; algunas se encuentran en el locus ceruleus. Las catecolaminas son degradadas (destruidas) por las enzimas: Monoaminooxidasa (MAO) que se encuentra intracelularmente y la Catecol-OMetiltransferasa (COMT) de localización extracelular.

Serotoni na (5- hidroxit ript amina, 5- HT) Se deriva del aminoácido triptofano, se halla sólo en las neuronas ubicadas en el rafe y, en mucha menor proporción, en la formación reticular; todas en el tronco encefálico (Fig. 5). Los axones de estos lugares se distribuyen en modo difuso por la encéfalo y la médula espinal. La serotonina es inactivada por  la enzima monoaminooxidasa (MAO). De forma general, los núcleos del rafe proyectan sus influencias en los siguientes patrones.

Fig. 5.- Las vías serotoninérgicas (en rojo) con sus principales núcleos de o rigen (nucleos del Rafe).

Neuromodu ladores o Cotransmisor es Los neuromoduladores son sustancias peptídicas que se originan fuera de la sinapsis y que modifican la excitabilidad neuronal , siendo algunos de ellos los neuropeptidos, la sustancia P, y las prostaglandinas. Los neuromoduladores son sustancias secretadas de manera natural que actúa de manera similar a un neurotransmisor, con la diferencia de que no queda restringido al espacio sináptico sino que se difunde por el fluido extracelular. Un neuromodulador es un producto liberado en una sinapsis que influye directamente en las consecuencias postsinápticas de la neurotransmisión. Los neuromediadores son transmisores químicos que aumentan las respuestas post sinápticas y se los ha denominado segundos mensajeros.

La oxitocina, un neuromodulador, presente 40

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en el parto y puerperio, que se activa también ante la presencia de estímulos placenteros como caricias, estar con amigos, luego de mantener relaciones sexuales, etc., fue parte de varios estudios en donde se la administro de forma exógena, comprobándose que su presencia contribuye a la confianza, cooperación y disminución de la tendencia de aprovecharse de los otros.

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División esquemática del Sistema Nervioso

Elementos Morfológ icos y Fisiológicos del Sistema Nervioso El sistema nervioso es el rector y coordinador de todas las funciones, conscientes e inconscientes del organismo, consta del sistema cerebroespinal (encéfalo y medula espinal), los nervios y el sistema vegetativo o autónomo.

dad, los movimientos, la inteligencia y el funcionamiento de los órganos. Su capa más externa, la corteza cerebral, procesa la información recibida, la coteja con la información almacenada y la transforma en material utilizable, real y consciente.

A menudo, se compara el sistema nervioso con un computador: porque las unidades periféricas (órganos internos u órganos de los sentidos) aportan gran cantidad de información a través de los cables de transmisión (nervios) para que la unidad de procesamiento central (cerebro), provista de su banco de datos (memoria), la ordene, la analice, muestre y ejecute.

El Sistema Nervioso es la relación entre nuestro cuerpo y el exterior, además regula y dirige el funcionamiento de todos los órganos del cuerpo. Tiene tres funciones básicas: la sensitiva, la integradora y la motora. En primer lugar, siente determinados cambios, estímulos, tanto en el interior del organismo (el medio interno), por ejemplo la distensión gástrica o el aumento de acidez en la sangre, como fuera de él (el medio externo), por ejemplo una gota de lluvia que cae en la mano o el perfume de una rosa; esta es la función sensitiva. En segundo lugar  la información sensitiva se analiza, se almacenan algunos aspectos de ésta y toma decisiones con respecto a la conducta a seguir; esta es la función integradora. Por último, puede responder a los estímulos iniciando contracciones musculares o secreciones glandulares; es la función motora.

Sin embargo, la comparación termina aquí, en la mera descripción de los distintos elementos. La informática avanza a enormes pasos, pero aun está lejos el día que se disponga de un ordenador compacto, de componentes baratos y sin mantenimiento, capaz de igualar la rapidez, la sutileza y precisión del cerebro humano. El sistema nervioso central realiza las más altas funciones, ya que atiende y satisface las necesidades vitales y da respuesta a los estímulos. Ejecuta tres acciones esenciales, que son la detección de estímulos, la transmisión de informaciones y la coordinación general. El Cerebro es el órgano clave de todo este proceso. Sus diferentes estructuras rigen la sensibili-

Las dos primeras divisiones principales del sistema nervioso son el sistema nervioso son el sistema nervioso central (SNC) y el sistema nervioso periférico (SNP). El SNC está formado por el encéfalo y la médula espinal. En él se integra y relaciona la información sensitiva aferente, se generan los pensamientos y emociones y se forma y almacena la memoria. La mayoría de los impulsos nerviosos que 42

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estimulan la contracción muscular y las secreciones glandulares se originan en el SNC. El SNC está conectado con los receptores sensitivos, los músculos y las glándulas de las zonas periféricas del organismo a través del SNP. Este último está formado por  los nervios craneales, que nacen en el encéfalo y los nervios raquídeos, que nacen en la médula espinal. Una parte de estos nervios lleva impulsos nerviosos hasta el SNC, mientras que otras partes transportan los impulsos que salen del SNC. El componente aferente del SNP consisten en células nerviosas llamadas neuronas sensitivas o aferentes (ad = hacia; ferre = llevar). Conducen los impulsos nerviosos desde los receptores sensitivos de varias partes del organismo hasta el SNC y acaban en el interior de éste. El componente eferente consisten en células nerviosas llamadas neuronas motoras o eferentes (ex = fuera de; ferre = llevar). Estas se originan en el interior del SNC y conducen los impulsos nerviosos desde éste a los músculos y las glándulas. Según la parte del organismo que ejecute la respuesta, el SNP puede subdividirse en sistema nervioso somático (SNS) (soma = cuerpo) y sistema nervioso autónomo (SNA) (auto = propio; nomos = ley). El SNS está formado por neuronas sensitivas que llevan información desde los receptores

cutáneos y los sentidos especiales, fundamentalmente de la cabeza, la superficie corporal y las extremidades, hasta el SNC que conducen impulsos sólo al sistema muscular esquelético. Como los impulsos motores pueden ser controlados conscientemente, esta porción del SNS es voluntario. El SNA está formado por neuronas sensitivas que llevan información desde receptores situados fundamentalmente en las vísceras hasta el SNC, conducen los impulsos hasta el músculo liso, el músculo cardíaco y las glándulas. Con estas respuestas motoras no se encuentran normalmente bajo control consciente, el SNA es involuntario. La porción motora del SNA tiene dos ramas, la división simpática y la parasimpática. Con pocas excepciones las vísceras reciben instrucciones de ambas. En general, estas dos divisiones tienen acciones opuestas. Los procesos favorecidos por las neuronas simpáticas suelen implicar un gasto de energía, mientras que los estímulos parasimpáticos restablecen y conservan la energía del organismo. (Un ejemplo: mientras que el sistema nervioso simpático es el que es capaz de activar los mecanismos necesarios para acelerar los latidos cardíacos, es el sistema nervioso parasimpático el que es capaz de desacelerarlos).

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Fig. 1.- Estructura interna de la médula espinal y form ación de los n ervios espinales

Medula Espinal La medula espinal es un cordón nervioso, blanco y cilíndrico encerrado dentro de la columna vertebral. Su función más importante es conducir, mediante los nervios de que está formada, la corriente nerviosa que conduce las sensaciones hasta el cerebro y los impulsos nerviosos que lleva las respuestas del cerebro a los músculos. Tiene una forma cilíndrica, de unos 45 cm de longitud. Comienza por la parte superior en el agujero occipital, donde tiene continuidad con el bulbo raquídeo, y termina por debajo en el adulto a nivel del borde inferior de la primera vértebra lumbar y está rodeada por las tres meninges: duramadre, aracnoides y piamadre. El liquido cefaloraquideo que rodea a la médula espinal en el espacio subaracnoídeo le proporciona protección adicional. En la región cervical, donde da origen a los plexos braquiales (que dan inervación a los miem-bros superiores), y en las regiones dorsal inferior y lumbar, donde da origen a los plexos lumbosacros (inerva los miembros inferiores), la médula espinal está agrandada; estos agrandamientos se denominan engrosamientos cervical y lumbar. En su extremo inferior la médula se adelgaza y forma el cono medular, desde cuyo vértice desciende una prolongación de la piamadre, el filum terminale, que se inserta en la cara posterior del cóccix. La médula presenta en la línea media anterior una profunda cisura longitudinal, el surco medio anterior, y en la cara posterior un surco superficial, el surco medio posterior. La médula espinal está compuesta por un centro de sustancia gris que tiene forma de H, que está rodeado por una cobertura externa de sustancia blanca

y en el centro un fino conducto que comunica con el IV ventrículo por arriba, denominado epéndi-mo. La sustancia gris comprende a cada lado un asta anterior  de función motora, un asta posterior sensitiva y un asta lateral de función visceral o vegetativa.

Nervios Espinales Los nervios espinales son aquellos que tienen su origen aparente en la médula espinal y atraviesan los orificios vertebrales para distribuirse a los territorios orgánicos a los cuales están destinados. Son 31 pares y todos ellos son nervios mixtos, es decir, sensitivos y motores. De éstos, ocho pares son cervicales, doce dorsales, cinco lumbares, cinco sacros y uno coccígeo. Cada nervio espinal está formado por dos raíces, una anterior y una posterior; la anterior o motora tiene su origen real en la sustancia gris espinal (en el asta anterior y parte en la zona intermediolateral); emergen por el surco lateral anterior de la médula espinal que representa su origen aparente. La raíz posterior o sensitiva tiene su origen real en el ganglio espinal y penetra en la médula espinal a través del surco lateral posterior  que constituye su origen aparente. Justo por fuera del ganglio espinal, la raíz anterior y la posterior se unen para constituir el tronco del nervio espinal. 44

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Fig. 1.- Dibujo esquemático del Tronco Encefálico

Tronco Encefálico El tronco encefálico o tallo cerebral es una de las estructuras más importantes del SNC pues es la encrucijada que comunica los hemisferios cerebrales, cerebelo y medula espinal, contiene 10 de los 12 nervios o pares craneales (los nervios olfatorio y óptico son la excepción). Está constituido por tres estructuras que de arriba hacia abajo son: •

•

•

Mesencéfalo, pedúnculos cerebrales o cerebro medio Puente de Varolio o protuberancia anular Bulbo Raquídeo o medula oblongada

Para su estudio se le reconocen 4 caras: anterior, posterior y 2 laterales.

Cara anterior  A nivel del mesencéfalo encontramos los pedúnculos cerebrales, que tienen forma de dos columnas divergentes que delimitan un espacio: la fosa interpeduncular por la que emerge el III par craneal o Motor Ocular Común (controla la mayoría de los músculos que mueven el ojo). El mesencéfalo se separa de la protuberancia por el surco pontomesencefálico (Fig.2). La protuberancia es una estructura convexa, en la parte media presenta un surco denominado surco basilar (huella de la arteria basilar que se localiza en

este lugar) y lateralmente se observa la emergencia de un grueso ramillete nervioso, el V par craneal o Trigémino que es el encargado de dar la sensibilidad a la cara, la protuberancia se separa del bulbo por e l surco bulbo-protuberancial.

El bulbo presenta una serie de características, entre las más importantes tenemos: la decusación motora (es producida por el cruce de las fibras que controlan los movimientos de cuerpo, es debido a este cruce que la mitad del cuerpo está controlada por el hemisferio cerebral opuesto), y sirve como límite entre la medula espinal y el bulbo, en la parte media se observa un surco, surco medio anterior que es continuación del de la medula. A cada lado del surco medio anterior encontramos las pirámides bulbares y más lateralmente la oliva bulbar. En el surco bulbo-protuberancial observamos tres pares craneales que son: el VI par o Motor Ocular  Externo (por arriba de las pirámides), VII par o Facial (por arriba de las olivas) controla los movimientos o expresiones de la cara y el VIII par o Vestíbulo Coclear  (por el ángulo bulbo-ponto-cerebeloso) lleva la información auditiva y del equilibrio. Lateral a la oliva bulbar  encontramos la emergencia de tres nuevos pares craneales que de arriba hacia abajo son: el IX par o Glosofaríngeo, X par o Vago y el XI par o Espinal . Entre la pirámide y la oliva encontramos el surco preolivar por el que emerge el XII par o hipogloso que es el que se encarga de los movimientos de la lengua.

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Fig. 2.- Cara Anterior del Tronco Encefálico

Cara posterior  Esta casi oculta por el cerebelo que forma el techo del IV ventrículo (el puente y el bulbo forman el piso) como se observa en la siguiente gráfica. A nivel del mesencéfalo encontramos 4 prominencias, 2 superiores denominadas tubérculos cuadrigéminos superiores (tienen relación con la función visual) y 2 inferiores llamados tubérculos cuadrigéminos inferiores (relacionados con la función auditiva), por debajo de estos encontramos la emergencia del único par craneal que sale por la cara posterior el IV par o Patético.

Para observar la cara posterior del bulbo y del puente es necesario separarlos del cerebelo, como mencionamos anteriormente forman el piso del IV ventrículo, que presenta una serie de características que no vamos a mencionar en este resumen por no considerarlos relevantes; a los lados del piso del IV ventrículo podemos apreciar los pedúnculos cerebelosos que unen al cerebelo con el tronco encefálico: •

Pedúnculo cerebeloso superior con el mesencéfalo

•

Pedúnculo cerebeloso medio con el puente

•

Pedúnculo cerebeloso inferior con el bulbo

Fig. 3.- Cara posterior del tron co encefálico

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Fig. 1.- Relaciones anatómicas y partes del Cerebelo

Cerebelo El cerebelo es, después del cerebro, la porción más grande del encéfalo y juega un papel fundamental en el control coordinación de los movimientos voluntarios. Ocupa la fosa craneal posterior y se localiza debajo de los lóbulos occipitales del cerebro, del que está separado por una estructura denominada tienda del cerebelo.

 Aspecto microscópico La corteza cerebelosa se divide en una capa externa, o molecular, y una capa interna, o granulosa. Entre ambas capas aparecen unas células denominadas células de Purkinje. Aunque las células de las dos capas cerebelosas corticales son de pequeño tamaño, no por ello dejan de ser neuronas.

Consta de dos hemisferios cerebelosos y una parte intermedia denominada vermis. Se une al tronco encefálico a través de los pedúnculos cerebelosos, que mencionamos anteriormente; estos pedúnculos son haces de fibras que entran y salen del cerebelo, en cuya superficie aparecen numerosos surcos superficiales próximos unos a otros (Fig. 1). Un corte sagital del cerebelo muestra que en el exterior del cerebelo (en la corteza cerebelosa) se encuentra la sustancia gris, y en el interior la sustancia blanca. En la parte más profunda del cerebelo se encuentran los núcleos dentados. El cuarto ventrículo ocupa una localización inmediatamente anterior al cerebelo.

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Fig. 1.- Ubicación anatómica del diencéfalo.

Diencéfalo El diencéfalo es una estructura situada en la parte interna central de los hemisferios cerebrales. Se encuentra entre los hemisferios y el tronco del encéfalo, y a través de él pasan la mayoría de fibras que se dirigen hacia la corteza cerebral (Fig. 1). En la línea media se encuentra el III ventrículo el cual lo separa en dos regiones simétricas. Está encargado de controlar y coordinar los las emociones de gozo, tristeza, miedo, agresión dulzura... y muchos movimientos automáticos. Su lesión da temblores como el Parkinson, y tremendos trastornos emocionales. El diencéfalo se divide en cuatro zonas bien definidas que son las siguientes: 1.- Tálamo 2.- Hipotálamo 3.- Subtálamo 4.- Epitálamo

Tálamo Es la región más grande del diencéfalo, está formado por dos cuerpos ovoides de 3 cm de largo y aproximadamente 1,5 cm de espesor, que se asienta en la profundidad de cada hemisferio cerebral. El tercer ventrículo separa entre sí ambos tálamos, aunque éstos permanecen unidos gracias a un puente de tejido talámico denominado masa intermedia, que se extiende entre ambos. Los tálamos son masas de sustancia gris, por  lo que contienen cuerpos neuronales y numerosas

conexiones sinápticas. Desde un punto de vista funcional, el tálamo es una estación de r elevo sensitivo . Los impulsos nerviosos hacen una escala a nivel talámico, estableciendo sinapsis antes de proseguir su recorrido hacia el córtex cerebral. El tálamo constituye también un centro sensitivo primitivo que sirve para registrar un tipo de sensación generalizada e imprecisa. El extremo anterior del tálamo forma parte del agujero interventricular , mientras que el extremo posterior forma el pulvinar . En el interior del tálamo se encuentra la lámina medular interna, en forma de Y quien separa las tres regiones que se describen del tálamo con sus respectivos núcleos. Estas son las regiones anterior, medial y lateral. Zona anterior: Contiene el núcleo anterior el cual forma parte del sistema límbico. Este participa en el procesamiento de las emociones y en mecanismos de memoria reciente. •

Zona medial: Tiene el núcleo dorso mediano. Este núcleo tiene amplias conexiones con la corteza prefrontal e hipotálamo. Este núcleo participa en la integración de aferencias viscerales, olfativas, somáticas así como en mecanismos que permiten percepciones subjetivas y emotivas. •

Zona lateral: Es la más extensa. En ella se describen dos bandas nucleares, una banda dorsal y una banda ventral. En la banda dorsal se describen los núcleos: lateral dorsal, lateral posterior y el pulvinar, mientras que en la banda ventral se describen los núcleos: ventral anterior, ventral lateral, ventral postero-lateral y ventral postero-medial. •

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Fig. 2.- Representación esquemática del Tálamo y sus núcleos

Otros núcleos talámicos descritos son: los núcleos geniculados laterales, los núcleos geniculados mediales, los núcleos reticulares, los núcleos intra laminares y los núcleos de la línea media .

Además, el hipotálamo se relaciona con el estado de vigilia y la sensibilidad emocional. Esta estructura se encuentra en la zona más anterior e inferior del diencéfalo.

Se acepta que el tálamo participa en dos grandes grupos de sensaciones.

Los núcleos del hipotálamo están agrupados en dos regiones. Estas son la medial y la lateral:

Por un lado están las sensaciones discriminativas en que participan los sentidos especiales como visión, audición, tacto, propiocepcion, dolor. Por otro lado están las sensaciones afectivas en las cuales participan los núcleos dorso mediano, anterior y reticular. La afectividad que un individuo demuestra está íntimamente ligada a su tono emocional. Por  ejemplo el estar enfermo, o sentir bienestar, el estar  alegre o triste imprimen un sello distinto a la expresión de afectividad. El nivel de desagrado o de agrado que cualquier estímulo produce en una persona dependerá del estado emocional de ella. Así por ejemplo el mismo estímulo doloroso, de temperatura o de tacto puede evocar una notable variedad de respuestas subjetivas en el individuo.

Hipotálamo

Zona medial: En ésta se describen los núcleos:  Preóptico  Paraventricular  Anterior  Dorsomedial  Ventromedial  Infundibular  Posterior. •

Zona medial: En ésta se describen los núcleos:  Supraóptico  Supraquiasmático  Lateral  Tuberomamilar  Tuberales laterales  Mamilares •

El hipotálamo recibe múltiples conexiones aferentes relacionadas con funciones viscerales, olfativas y del sistema límbico. Entre éstas tenemos: •

Se localiza, como su nombre indica, debajo del tálamo (Fig. 3). Presenta una gran variedad de funciones, algunas de ellas bastante insólitas. Por  ejemplo, produce como mínimo dos hormonas (oxitocina y vasopresina) y contiene centros que regulan la actividad de la hipófisis anterior, el sistema nervioso autónomo, la temperatura corporal y la ingesta de agua y alimentos.

•

•

•

Las aferencias viscerales y somáticas que llegan al hipotálamo como colaterales de los sistemas lemniscales vía formación reticular. Las aferencias corticales que llegan al hipotálamo directamente desde la corteza frontal Las aferencias provenientes del hipocampo vía fornix-núcleos mamilares. Las aferencias del núcleo amigdaloide vía estría terminalis

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Fig. 3.- Hipotálamo, núcleos principales y relaciones

•

•

Las aferencias del tálamo provenientes de los núcleos dorso mediano y de la línea media Las aferencias provenientes del segmento mesencefálico.

Subtálamo La región subtalámica se encuentra entre el hipotálamo medialmente, la cápsula interna lateralmente y el tálamo dorsalmente. En ésta zona encontramos el núcleo subtalámico (la estructura de mayor  tamaño) y la zona incerta. Los sistemas de fibras que en esta región se describen están dados por: el ansa lenticularis, el fascículo lenticularis y el fascículo subtalámico. El núcleo subtalámico tiene la forma de un lente biconvexo. Sus principales aferencias provienen del segmento lateral del globus pallidus, vía fascículo subtalámico.

Lesiones en el núcleo subtalámico producen alteraciones motoras consistentes en movimientos involuntarios violentos y mantenidos de extremidades y a veces de cuello y cara. La zona incerta es una banda de sustancia gris ubicada entre el tálamo y el fascículo lenticular. Esta estructura se sabe que recibe conexiones de la corteza cerebral motora primaria, sin embargo sus eferencias son aún desconocidas.

Epitálamo Este comprende la glándula pineal, los núcleos habenulares y las estrías medulares. La glándula pineal es una estructura que contiene neuronas, células de glía y células secretoras especializadas llamadas pinealocitos. Estos últimos sintetizan la hormona melatonina.

Por otro lado las eferencias del núcleo subtalámico proyectan de vuelta al globus pallidus pero a su lámina medial.

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Hemisferios Cerebrales El cerebro humano se encuentra localizado dentro de la bóveda craneal, y está dividido en 2 hemisferios cerebrales.

acuerdo con los huesos craneales debajo de los cuales se ubican.

Cisuras Principales La cisura de Rolando o central (Fig. 2), tiene gran importancia porque la circunvolución que se ubica por delante contiene las células motoras que inician los movimientos del lado opuesto del cuerpo; por detrás se encuentra la corteza sensitiva general que recibe información sensitiva del lado opuesto del cuerpo. Fig. 1.- Vista sup erior de lo s hemisferios cerebrales

Los hemisferios cerebrales están separados por una profunda cisura sagital en la línea media, la cisura longitudinal cerebral (Fig. 1). En la profundidad de la cisura una gran comisura, el cuerpo calloso, conecta a los hemisferios a través de la línea media. Para aumentar el área de superficie de la corteza cerebral al máximo, la superficie de cada hemisferio cerebral está plegada formando circunvoluciones que están separadas por surcos o cisuras. Para facilitar la descripción es costumbre dividir  a cada hemisferio en lóbulos que se denominan de

La cisura de Silvio o lateral es una profunda hendidura que se halla principalmente en las caras inferior y externa del hemisferio cerebral. Un área de corteza denominada ínsula se ubica en el fondo de la profunda cisura de Silvio y no puede verse desde la superficie a menos que se separen los labios de la cisura. La cisura parietooccipital externa comienza en el borde superomedial de la cara externa aproximadamente 5 cm por delante del polo occipital. Se dirige hacia abajo y adelante sobre la cara medial donde se denomina cisura parietooccipital interna para encontrarse con la cisura calcarina.

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•

Cara medial o interna: se relaciona con la cara medial del hemisferio opuesto (Fig. 4). Cara inferior o basal: descansa sobre el piso de la bóveda craneal (Fig. 5).

Cara Extern a

Fig. 2.- Cisuras y lóbulo s pri ncipales del cerebro

La cisura calcarina se halla sobre la cara medial del hemisferio. Comienza debajo del extremo posterior del cuerpo calloso y se arquea hacia arriba y hacia atrás para llegar al polo occipital, donde termina. La cisura calcarina se une en ángulo agudo con la cisura parietooccipital aproximadamente a mitad de camino de su longitud. Configuración Externa de los Hemisferios Cerebrales En los hemisferios cerebrales podemos distinguir 3 caras: •

Cara externa: que está en relación con los huesos de la bóveda craneal (Fig. 3).

El lóbulo frontal ocupa el área anterior a la cisura de Rolando y superior a la cisura de Silvio. La cara externa del lóbulo frontal está dividida por tres cisuras en cuatro circunvoluciones. La cisura precentral, paralela a la cisura central y la circunvolución frontal ascendente o precentral se ubica entre ellas. Por delante de la cisura precentral están las cisuras frontales superior e inferior . La circunvolución frontal superior se ubica por encima de la cisura frontal superior, la circunvolución frontal media se ubica entre las cisuras frontales superior e inferior y la circunvolución frontal inferior se ubica por debajo de la cisura frontal inferior. El lóbulo parietal ocupa el área por detrás de la cisura de Rolando y por encima de la cisura de Silvio, se extiende posteriormente hasta la cisura parietooccipital externa. La cara externa del lóbulo parietal está dividida por dos cisuras en tres circunvoluciones. La cisura postcentral, paralela a la cisura central y la circunvolución parietal ascendente o postcentral se halla entre ellas. Por detrás de la parte media de la cisura postcentral se halla la cisura intraparietal. La cisura intraparietal tiene por encima al lobulillo parietal superior y por debajo al lobulillo parietal inferior.

Fig.3.- Cara externa de los hemisferios cerebrales

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El lóbulo temporal ocupa el área inferior a la cisura de Silvio; la cara externa del lóbulo temporal está dividida en tres circunvoluciones por dos cisuras. Las cisuras temporales superior y media , paralelas a la cisura de Silvio y dividen al lóbulo temporal en las circunvoluciones temporales superior, media e inferior; la circunvolución temporal inferior se continúa en la cara inferior del hemisferio. El lóbulo occipital ocupa la pequeña área por detrás de la cisura parietooccipital externa. Caras Medial e Inferio r 

Fig. 4.- Cara medial de los hemisferios cerebrales

Los lóbulos del hemisferio cerebral no están claramente definidos en las superficies medial e inferior. Sin embargo, hay muchas áreas importantes que deben reconocerse. El cuerpo calloso, que es la comisura más grande del encéfalo, forma un aspecto saliente en la cara medial. La circunvolución del cuerpo calloso comienza por debajo del cuerpo calloso y continúa por encima de este hasta que llega a su extremo posterior. La circunvolución está separada del cuerpo calloso por la surco del cuerpo calloso y de la circunvolución frontal superior por la surco callosomarginal.

La cuña es un área triangular de corteza limitada por arriba por la cisura parietooccipital interna y por la cisura calcarina por abajo.

El lobulillo paracentral es el área de la corteza cerebral que rodea a la muesca producida por la cisura de Rolando en el borde superior. La parte anterior de este lobulillo es una continuación de la circunvolución frontal ascendente y la parte posterior  es una continuación de la circunvolución parietal ascendente. La precuña es un área de corteza limitada anteriormente por el extremo posterior de la cisura del cuerpo calloso y posteriormente limitada por la cisura parietooccipital interna.

La cisura colateral se ubica sobre la cara inferior del hemisferio, por debajo de la cisura calcarina. Entre la cisura colateral y la cisura calcarina está la circunvolución lingual. Por delante de la circunvolución lingual está la circunvolución del hipocampo ; esta última termina por delante en el uncus. La circunvolución occipitotemporal medial se extiende desde el polo occipital hasta el polo temporal. Está limitada medialmente por la cisura colateral y lateralmente por la cisura occipitotemporal. La circunvolución occipitotemporal lateral se ubica por  fuera de la cisura y se continúa con la circunvolución temporal inferior. Sobre la cara inferior del lóbulo frontal, el bulbo y la cintilla olfatorios se ubican por  encima de un surco denominado surco olfatorio. Por  dentro del surco olfatorio está la circunvolución recta y por fuera del surco hay cierto número de circunvoluciones orbitarias.

Fig. 5.- Cara inferior d e los hemisferios cerebrales

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Fig.1.- Dibujo esquemático d e las aferencias y pro yecciones de la Formación Reticular 

Sistema Reticular y Sistema Límbico Estos sistemas se tratan en conjunto en el presente capítulo dado que ambos participan activamente en funciones que se entrelazan con manifestaciones emocionales y conductuales asociadas. Por un lado el sistema reticular actúa integrando información sensitiva y sensorial provenientes de los nervios espinales y craneanos, con información de la corteza cerebral tronco encefálico y cerebelo. Las redes neurales que ella forma procesan dicha información para darnos por ejemplo percepción de un dolor vagamente localizado o para modular ciclos de sueño-vigilia asociados con manifestaciones afectivas. Por otro lado el sistema límbico integra funciones cerebrales y diencefálicas, participando en las emociones y respuestas viscerales y conductuales asociadas. Por ello se dice que participa activamente en mecanismos de autoconservación como por  ejemplo alimentación lucha, miedo, así como en conductas de apareamiento, procreación y cuidado de los hijos. Por cierto asociado a lo anterior se expresan conductas de motivación, percepción, pensamiento, autoconciencia.

tronco encefálico forma una red cuyos axones se proyectan tanto hacia cefálico como hacia caudal (Fig.1). Es así como proyecciones de ella se extienden hacia el tálamo, el hipotálamo, cerebelo y médula espinal. Algunas de estas vías reticulares ascendentes transcurren por el tracto tegmental central del tronco y por la vía espino retículo talámica que es más bien extralemniscal. La formación reticular es una entidad de límites no concretos y por tanto su localización y morfología es aproximada; aprovechando los espacios que deja la sustancia blanca forma unos núcleos neuronales o de sustancia gris que según el nivel del tronco son los siguientes:

Mesencéfalo:  Núcleo

supratrocl ear (1) pedículopontinos  Núcleos (2) Protuberancia:

Sistema Reticular  Desde el punto de vista morfológico la formación reticular está constituida por una red neuronal que se encuentra presente en gran parte del sistema nervioso central: médula espinal, tronco encefálico, diencéfalo.

 Núcleos

centrales orales (3)  Núcleo central mayor (4)  Núcleos centrales caudales (5) Bulbo: 

Núcleo gigantocelular (6) centrales del bulbo (7)

 Núcleos

Las neuronas de la formación reticular del 54

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En general la formación reticular recibe una continua información sensorial y sensitiva tanto de nervios craneanos como de médula espinal, luego la información se propaga ampliamente a diferentes áreas del sistema nervioso. Se ha descrito que la formación reticular participa en variadas funciones, las mismas que dependen de las múltiples conexiones que realiza con otras estructuras del sistema nervioso. Entre ellas están: 1) Control de la actividad de la musculatura estriada

(vía retículoespinal y retículo bulbar), manteniendo el tono de la musculatura antigravitatoria o regulando la musculatura respiratoria por medio del centro respiratorio del bulbo raquídeo. 2)

Control de la sensibilidad somática y visceral

3)

Control del sistema nervioso autonómico como por ejemplo en la regulación de la presión sanguínea por activación del centro cardiovascular.

4)

Control del sistema endocrino ya sea directa o indirectamente vía hipotálamo, influyendo en la regulación de la liberación de los factores tróficos hormonales.

5) Influencia sobre los relojes biológicos, regulando

los ritmos circadianos. 6)

Control del ciclo sueño vigilia por medio del sistema reticular activador ascendente (SARA).

Sistema Límbico En 1878, al neurólogo francés Paúl Broca le llamó la atención la existencia de un área sobre la superficie media del cerebro mamífero, por debajo de la corteza, que contiene varios núcleos de materia gris (neuronas) al que denominó ‘’Lóbulo límbico” ya que forma un borde alrededor del tallo encefálico. Todas estas estructuras se desarrollaron con el surgimiento de los mamíferos inferiores (primitivos). Este sistema controla ciertas conductas que son necesarias para la supervivencia de todos los mamíferos. Modula funciones específicas que le permiten al animal distinguir entre lo agradable y lo desagradable. Aquí se desarrollan funciones afectivas específicas, como la que induce a las hembras a cuidar y proteger a sus crías. SISTEMA LÍMBICO

Un sistema cerebral que gestiona respuestas fisiológicas a las emociones y está asociado con la conducta. Incluye al tálamo, al hipotálamo y a la amígdala, así como parte de la formación reticular, el tronco cerebral y la corteza cerebral.

Las emociones y sentimientos, como ira, miedo, pasión, amor, odio y tristeza, son inventos mamíferos originados en el sistema límbico. Este sistema también es responsable de algunos aspectos de la identidad personal y de importantes funciones relacionadas a la memoria. Y, cuando surgieron los mamíferos superiores, se desarrolló la tercera unidad cerebral: el neopalio o cerebro racional, una red de células neuronales altamente compleja capaz de producir un lenguaje simbólico. El neopalio es el gran generador de ideas o, como lo expresa MacLean, “es la madre de la invención y el padre del pensamiento abstracto”.

Estructur as del Sistema Límbico  Amígd ala Esta estructura se encuentra en la región antero inferior del lóbulo temporal. Se conecta con el hipotálamo, el núcleo septal, el área prefrontal y el núcleo medio dorsal del tálamo. Estas conexiones hacen que la amígdala cumpla una importante función en la mediación y control de las actividades afectivas más importantes como la amistad, amor y afecto, en la expresión de los estados de ánimo, miedo, ira y agresión. La amígdala, al ser el centro de la identificación de peligro, es fundamental para la auto preservación (Fig. 3). Hipocampo Ubicado en el lóbulo frontal, está particularmente involucrado con los fenómenos de la memoria, especialmente con la formación de la memoria a largo plazo. Cuando se destruyen ambos hipocampos, nada puede ser retenido en la memoria. 

Fornix y Circun volu ción Parahipocampal Ambos son importantes caminos que conectan al sistema límbico. Tálamo La importancia de los núcleos medio dorsal y anterior del tálamo sobre la regulación de la conducta emocional no se debe al tálamo mismo, sino a las conexiones entre estos núcleos con otras estructuras del sistema límbico. El núcleo medio dorsal tiene conexiones con las zonas corticales del área prefrontal y con el hipotálamo. El núcleo anterior se conecta con los cuerpos mamilares, y a través de ellos, vía el fornix, con el hipocampo y la circunvolución del cíngulo, así tomando parte del circuito de Papez. 

Hipotálamo Esta estructura tiene amplias conexiones con las otras áreas proencefálicas y el mesencéfalo. Las lesiones al hipotálamo interfieren con las funciones

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vegetativas y la regulación térmica, la sexualidad, el hambre y la sed. El hipotálamo también juega un papel en las emociones. Por ejemplo, sus partes laterales parecen estar involucradas con el placer y la ira. Sin embargo, el hipotálamo tiene más que ver  con la expresión de las emociones que con la génesis de los estados afectivos. Circunvo lución del cuerpo calloso (cíngulo)

Septum La región septal se encuentra anterior al tálamo. Dentro de ella, se encuentran los centros del orgasmo (cuatro para las mujeres y uno para los hombres). Esta área ha sido asociada con diferentes tipos de sensaciones placenteras, mayormente aquellas relacionadas con las experiencias sexuales (Fig. 2).

Este localizado en el lado medio del cerebro entre el surco del cuerpo calloso y el cuerpo calloso. Todavía hay mucho por aprender sobre el cíngulo, pero ya se sabe que su parte frontal coordina los olores y las visiones con las memorias placenteras de las emociones previas. Esta región también participa en la reacción emocional al dolor y en la regulación del comportamiento agresivo. Tronco Encefálico El tallo encefálico es la región responsable de las “reacciones emocionales” (en realidad son respuestas reflejas) de los vertebrados inferiores, como reptiles y anfibios. Las estructuras involucradas son la formación reticular y el locus coeruleus. Es importante saber que, aun en los humanos, estas estructuras primitivas permanecen activas, no sólo como mecanismos de alerta, vitales para la supervivencia, sino también para el mantenimiento del ciclo del sueño.  Área Ventr al Tegmental En el área ventral tegmental, localizada en la parte mesencefálica del tallo encefálico, hay un grupo compacto de neuronas que secretan dopamina y cuyos axones terminan en el núcleo accumbens. La estimulación eléctrica de esas neuronas produce sensaciones placenteras, algunas de ellas similares al orgasmo.

Fig. 2.- Ubicación anatómica del área septal.

 Área Prefr ontal Esta área comprende toda la región nomotora del lóbulo frontal. Es especialmente grande en el hombre y en algunas especies de delfines. No pertenece al circuito límbico tradicional, pero sus conexiones bidireccionales intensas con el tálamo, amígdala y otras estructuras subcorticales explican su importante rol en la génesis y, especialmente, expresión de los estados afectivos. Cuando se produce una lesión en esta área, la persona pierde su sentido de responsabilidad social como también la capacidad de concentración y abstracción.

Fig.3 .- Estructuras q ue forman part e del Sistema Límbico

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Si s t em a  S Si m p át i c o 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Médula espinal Bulbo raquídeo Cadena simpática Nervio esplácnico mayor Nervio esplácnico menor Ganglio celíaco Glándulasuprarrenal Riñón Ganglio mesentérico superior Ganglio mesentérico inferior Nervio esplácnico lumbar Encéfalo

12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Glándula lacrimal Ganglio oftálmico Ganglioesfenopalatino III par craneano VII par craneano Mucosa nasal Glándula parótida Glándula submaxilar Glándulasublingual Ganglio submaxilar Ganglio ótico

Si s t em a  P Par as i m pát i c o 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.

IX par craneano X par craneano (vago o neumogástrico) Fibras post-ganglionares simpáticas Pulmón Corazón Hígado Estómago Bazo Páncreas

32. 33. 34. 35. 36.

37. 38.

Intestino grueso Intestino delgado Recto Vejiga Nervios pelvianos (axones preganglionares parasimpáticos) Tráquea Fibras preganglionares simpáticas

Fig. 1.- Dibujo esquemático del Sistema Nervioso Autóno mo y subdivision es.

Sistema Nervioso Autónomo Esta parte del sistema nervioso (SN) está encargada de dar la inervación de los músculos lisos, músculo cardíaco y glándulas de todo el organismo. En algunos aspectos se puede considerar  que su función es independiente del sistema nervioso somático, dado que cuando se destruyen sus conexiones con el sistema nervioso central y porción periférica del sistema nervioso autónomo (SNA), las estructuras inervadas por él todavía pueden funcionar. Sin embargo la actividad del SNA puede ser  modificada (aumentada o disminuida) por el sistema nervioso central, en particular por la corteza cerebral. Anatómicamente las regiones viscerales y somáticas del SN están íntimamente interrelacionadas.

Así, por ejemplo, las neuronas preganglionares de SNA, las cuales tienen núcleos bien definidos en la médula espinal y en el tronco encefálico, reciben aferencias tanto somáticas como viscerales.

Subdivisiones En la actualidad se consideran tres divisiones en la organización morfo-funcional del sistema nervioso autónomo: la simpática, la parasimpática y la entérica. Sin embargo, esta última suele considerarse bajo el control de la división parasimpática (Fig. 1). 57

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Anatómicamente, las divisiones simpática y parasimpática se originan del sistema nervioso central y representan la vía eferente a través de la cual él se comunica con los efectores viscerales. Esta vía está formada por dos neuronas. La primera se ubica en la médula espinal. Su axón sale y se contacta con la segunda neurona ubicada en un ganglio periférico. Es el axón de esa segunda neurona el que inerva a los efectores. Las primeras neuronas son colinérgicas. Las segundas son noradrenérgicas (simpático) y colinérgicas (parasimpático). Sin embargo, algunas

segundas neuronas simpáticas también son colinérgicas. El sistema nervioso simpático o división tóraco-lumbar nace entre el primer segmento torácico (T1) y los segmentos lumbares 1-2 (L1-2), de la médula espinal. Los axones se originan en neuronas ubicadas en las astas laterales de la médula y salen por las raíces anteriores de los nervios raquídeos,

 junto con los de las motoneuronas a. Pero luego abandonan dichos nervios y se dirigen a un sistema de ganglios simpáticos, que unidos entre sí forman una cadena ganglionar a cada lado de la columna vertebral. Es la cadena de los ganglios paravertebrales. Esta cadena recorre las principales cavidades del cuerpo. La vía a través de la cual, el axón de la primera neurona alcanza al ganglio paravertebral se llama rama comunicante gris y, por definición estas neuronas y sus axones son preganglionares. El axón preganglionar puede hacer sinapsis con la segunda neurona que se puede ubicar en algún ganglio de la cadena, a la misma altura de su salida o más arriba o más abajo. El axón de la segunda neurona (posganglionares) vuelve al nervio raquídeo a través del ramo comunicante blanco y así alcanza la periferia. Pero también hay fibras preganglionares que pasan por los ganglios paravertebrales pero hacen sinapsis con neuronas que se ubican en otro sistema ganglionar simpático, el de los ganglios prevertebrales.

Fig. 2.- Neurotransmisores del Sistema Nervioso Autónomo

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El sistema parasimpático presenta dos divisiones. La craneana, cuyas primeras neuronas se ubican en el tronco cerebral y cuyos axones salen por pares craneanos y la sacra, que se ubica en la porción inferior de la médula (segmentos S2-S4). Los pares craneanos que forman parte del parasimpático son: III par. Sus neuronas se ubican en el núcleo de Edinger-Westphal. VII par, sus neuronas se encuentran en el núcleo salival superior. IX par, sus neuronas se encuentran en el núcleo salival inferior. X par (Vago o Neumogástrico). Sus neuronas se ubican en el núcleo dorsal del vago y en el núcleo ambiguo. •

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Los axones de las primeras neuronas parasimpáticas se caracterizan por ser muy largos y alcanzan la estructura misma del órgano blanco antes de hacer contacto con la segunda neurona. Es decir, el ganglio está en el órgano mismo y el axón de la segunda neurona es muy corto. De los nervios craneanos parasimpáticos el más relevante es el vago. Desciende por el cuello, atraviesa la cavidad torácica, para alcanzar la abdominal. En esta trayectoria inerva órganos como los pulmones, el corazón, el esófago, el estómago, el hígado, la vesícula biliar, el páncreas, la primera parte del intestino. Las neuronas de la división sacra inervan el colon descendente y órganos del aparato genital. La división entérica. Esta subdivisión fue definida a comienzos del siglo XX por Langley en consideración a que el tubo digestivo y otros órganos relacionados, como el páncreas, el hígado, presentan una muy evidente red neuronal. En particular, el tubo gastrointestinal presenta tantas neuronas como la médula espinal. Esas neuronas presentan dos plexos nerviosos. Uno de ellos, el plexo mientérico, se ubica entre las capas musculares longitudinal y circular. El otro plexo, el submucoso, se ubica entre la capa de músculos circulares y la capa mucosa interna.

Neurotransmisores en SNA Como se mencionó anteriormente las sinapsis entre las neuronas preganglionares y las postganglionares se establecen en los ganglios autonómicos. Tanto en el sistema simpático como parasimpático el neurotransmisor en estos ganglios es la acetilcolina. Se sabe que la acción de la acetilcolina dura un corto periodo ya que es inactivada por la enzima acetilcolinesterasa. En la unión entre fibra posganglionares y efector, existe una diferencia; mientras en el sistema parasimpático el neurotransmisor es acetilcolina, en el sistema simpático es noradrenalina. Sin embargo, en los efectores que solo reciben inervación simpática, como es el caso de las glándulas sudoríparas, el neurotransmisor es acetilcolina (Fig. 2).

Control su perior del SNA Desde hace tiempo se sabe que la activación de diversas regiones de la corteza cerebral, incluidas el sistema límbico, puede desencadenar respuestas del sistema nervioso autónomo. Se considera que esta influencia se produce a través de la activación del hipotálamo. Ya en el año 1970 autores como Miller y colaboradores publican un trabajo en Circulation Research (27:3), en que mencionan que el SNA puede ser puesto bajo control voluntario. Por ejemplo, estos autores, plantean que es posible entrenar  a pacientes que sufren de hipertensión arterial para que puedan reducir su hipertensión. El hipotálamo además de controlar la actividad endocrina puede controlar la actividad del SNA. Por ejemplo, se ha podido determinar experimentalmente que la estimulación de las regiones anteriores y mediales del hipotálamo desencadena respuestas de naturaleza parasimpática; mientras que la estimulación de regiones posteriores y laterales de hipotálamo desencadena respuestas del sistema simpático. Se asigna al fascículo longitudinal dorsal como una de las vías a través de las cuales el hipotálamo ejerce su influencia en los centros segmentarios del sistema nervioso autónomo.

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Fig. 1.- Ubicación anatómica del hipotálamo

Sistema Neuroendocrino Hipotálamo Secretor  El hipotálamo se localiza debajo del tálamo, a lo largo de las paredes del tercer ventrículo (Fig. 1). Está conectado a por un tallo o infundíbulo hipofisario a la hipófisis, que cuelga del cerebro justo por encima del techo de la boca. A pesar que esta fina agrupación de núcleos representa menos del 1% de la masa del cerebro, la influencia del hipotálamo en el funcionamiento corporal es extraordinaria. Revisaremos brevemente el hipotálamo para, prestar atención a algunas de las formas en que ejerce su poderosa influencia. Visión de conjunto d el hipotálamo El hipotálamo y el tálamo son adyacentes ente sí, pero sus funciones son muy diferentes, el tálamo se localiza en el trayecto de todas las vías punto a punto cuyo destino es la corteza cerebral. En consecuencia la destrucción de una pequeña parte del tálamo puede producir un déficit sensorial o motor. En comparación el hipotálamo integra las respuestas motoras somáticas (corporales) y viscerales de acuerdo con las necesidades del cerebro. Una pequeña lesión en el hipotálamo puede producir alteraciones espectaculares y a menudo fatales de las funciones corporales. Estructur as y Conexiones del hipo tálamo Cada lado del hipotálamo puede dividirse en tres zonas: lateral, medial, y periventricular . Las zo-

nas lateral y medial poseen extensas conexiones con el tronco cerebral y el telencéfalo, y regulan determinados tipos de conducta. La zona periventricular se denomina así porque, con las excepciones de unas pocas neuronas que están desplazadas lateralmente por la cintilla óptica (denominadas núcleo supraóptico). Dentro de esta zona existe una mezcla compleja de neuronas con diferentes funciones. Un grupo de células constituye el núcleo supraquiasmático (NSQ), que se extiende justo por encima del quiasma óptico. Estas células funcionan sincronizado los ritmos circadianos con el ciclo diario luz-oscuridad . Otras células de la

zona periventricular controlan el sistema nervioso autónomo (SNA) y regulan el flujo d salida de la inervación simpática y parasimpática de los órganos viscerales. Las células de un tercer grupo, denominas neuronas neurosecretoras, extiendes sus axones en dirección descendente al tallo de la hipófisis. Vías a la hipófi sis Hemos dicho que la hipófisis pende debajo de la base el cerebro, e un cerebro vivo, la hipófisis está sujeta suavemente en un soporte de hueso en la base del cráneo. Merece esta protección especial porque es el “portavoz” a partir del cual la mayor parte del hipotálamo “habla” con el cuerpo. La hipófisis consta de dos lóbulos: • •

Lóbulo anterior o adenohipófisis Lóbulo posterior o neurohipófisis 60

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Control hipotalámico de la hipófisis posterior o neurohipófisis Las células neurosecretoras del hipotálamo (Fig. 2), extiende sus axones hacia el tallo de la hipófisis, y en el lóbulo posterior liberan dos neurohormonas: la oxitocina y la vasopresina u hormona antidiurética (ADH). La oxitocina, es liberada durante el estado

final el parto, provoca la contracción del útero y facilita la expulsión del feto. También estimula la salida de la leche a partir de las glándulas mamarias. Todas las madres en período de lactancia conocen el complejo reflejo de la subida de la leche que guarda rela-

ción con las neuronas del hipotálamo que liberan oxitocina. La liberación de oxitocina puede ser estimulada por las sensaciones somáticas generadas por el lactante a succionar, pero la visión o el llanto de un lactante (e incluso de alguien más) también pueden desencadenar la liberación de la leche sin control consciente de la madre. En cada caso, la información sobre un estímulo sensorial somático, visual o auditivo alcanza la corteza cerebral a través de la vía habitual, el tálamo, y en último término la corteza estimula el hipotálamo, lo que desencadena la liberación de oxitocina. La corteza también puede suprimir funciones hipotalámicas, como cuando la ansiedad inhibe la subida de leche.

Fig. 2.- Conexiones de la hipófisis p osterior o neurohipófisis

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