Estructura y función de la neurona: células nerviosas y sinapsis

Células del tejido nervioso

1. Células del tejido nervioso

• Neurona:

Células excitables. Funciones Sustancia de Nissl Ampliación de un botón sináptico Arborización terminal Vaina de mielina Axón Nodos de Ranvier Rama colateral Cono axónico Núcleo Botones sinápticos Cuerpo o soma Dendritas

• Recepción de señales: dendritas y cuerpo celular. La sustancia de Nissl está formada por agrupaciones de RER y es la zona de síntesis de neurotransmisores (síntesis proteica)

· Integración: cono axónico, también llamado axon hilo

◦ Conducción de señales: axón que se ramifica al árbol sináptico ◦ Transmisión: terminal axónica con botones sinápticos La vaina de mielina no es continua y en los núcleos de Ranvier no hay vaina de mielina

Clasificación de las neuronas

Clasificación:

• Punto de vista funcional: · Sensoriales o aferentes: recogen la información y la llevan al sistema nervioso Eferentes: transmiten la información del cerebro a otras partes Interneuronas: conectan unas neuronas con otras

· Punto de vista estructural: · Multipolar: dominantes en vertebrados en cuanto a numero. Con cuerpo celular, axón largo y dendritas cortas.

Perikaryon Multipolar neuron Presynaptic terminals Axon Dendrites A

· Golgi I: axones largos, ubicados en el encéfalo y la médula espinal · Golgi II: axones cortos, interneuronas de efecto inhibitorio en el cortex cerebral · Bipolar: más raras, asociadas a órganos sensoriales (ojos, nariz ... ).

Bipolar neuron Axon Presynaptic terminals in the CNS Dendrites B

· Unipolar: comunes en invertebrados. No hay dendritas en el soma

Unipolar neuron Axon Presynaptic terminals Dendrites

· Pseudo-unipolares: a partir del soma tiene un proceso y luego se ramifica. Presenta dos polos: uno hacia el músculo, articulaciones y piel y el otro hacia la médula espinal. Órganos sensoriales (tacto, dolor y presión).

B Pseudo-unipolar neuron Peripheral terminals Axon CNS terminals C

· Anaxónicas: si anxón

Células gliales y su función

· Células gliales Más numerosas que las neuronas. Glia significa pegamento, sin embargo, no son solo células estructurales. Clasificación según la zona donde se encuentren:

SNC Microglia Neuron Astrocyte Oligodendrocyte Capillary Myelinated axon Ependymal cells Myelin sheath (cut) ventricle of brain

◦ SNP: Anficitos o células satélite: Rodean las neuronas de los ganglios (conjunto de somas neuronales). Regulan el ambiente que rodea a la neurona. · Schwann: Genera la cubierta de mielina en los axones del SNP y repara nervios dañados

Tipos de mielinización

TIPOS DE MIELINIZACIÓN

OLIGODENDROCITOS Da vueltas a través del axón. Participa en la mielinización de varios axones o nódulos del mismo axón dentro del SNC.

CÉLULAS DE SCWANN Cada trozo de mielina es una célula de Schwann. Cada célula envuelve a un axón y no se superponen. El núcleo de estas células queda en la periferia

Desmielinización: La mielina aumenta la velocidad de la conducción eléctrica de los axones · Esclerosis múltiple: destrucción de la vaina de mielina debido a la inflamación y cicratización (escleras). Puede producir fallos en la parte cognitiva

Señales eléctricas de las neuronas

2. Señales eléctricas de las neuronas: Se producen debido al cambio en la polarización de la membrana.

Potencial de membrana en reposo

Potencial de membrana en reposo: Todas las células tienen un potencial transmembrana, resultado de la desigual distribución de iones a través de las membranas, que causa una diferencia de carga. En la célula hay carga negativa en el interior y positiva en el exterior. Esto genera el potencial transmembrana: gradiente eléctrico a través de la membrana plasmática. El potencial de membrana en reposo es de -70mV.

• Depende de: ◦ Permeabilidad selectiva de la membrana · Diferencia de concentración de iones en medio extracelular e intracelular basado en el sodio y potasio. · Movimiento de K y Na por canales no activables y abiertos: hay más canales de K que de Na, por lo que la membrana es más permeable al potasio y hay un flujo de K hacia el exterior. El potasio tiene un efecto mayor al Na.

◦ Bomba Na/K: regula el flujo de iones introduciendo 2 K y expulsando 3 Na. Sirve para estabilizar el potencial de membrana en reposo. · Gradiente electroquímico de un ión: Suma de las fuerzas químicas y eléctricas. La fuerza motriz del ión dependerá de su carga y concentración. En reposo, los mecanismos pasivos y activos se encuentran en equilibrio. ◦ Potasio: En reposo, el gradiente eléctrico se opone al químico. El químico, como es mayor, hace que el K salga de la célula.

K+ chemical gradient K+ electrical K+ electrochemical gradient gradient (net) -70 -30 0 +30 mV + F + + + + + + Membrane K+ Cytosol

Si el potasio sale, el potencial será más negativo y disminuirá. Si la membrana fuese totalmente permeable, saldría K hasta que se alcanzara el equilibrio. ◦ Sodio: En reposo, gradientes químicos y eléctricos se combinarán para que el sodio entre en la célula.

Na+ chemical gradient Na+ electrical gradient +66 mV . mV Na+ . + + + + + Membrane Cytosol

Si el Na entra, el gradiente se hará menos negativo hasta igualarse (esto ocurriría si la membrana plasmática fuese totalmente permeable a los iones sodio).Aunque el gradiente electroquímico de sodio es grande, la permeabilidad de la membrana es muy baja, por lo que el sodio tiene un efecto pequeño sobre el potencial.

Potenciales graduados

Potenciales graduados: Cambio en el potencial de membrana de una célula, el cual varía en magnitud en función de la intensidad del estímulo. Resultado de la apertura y cierre de los canales iónicos. Actúan canales dependientes de ligando o cambios mecánicos. Los potenciales se pueden sumar. El potencial graduado disminuye con la distancia.

• Despolarización: El estímulo pequeño causa una despolarización de la membrana causada por los iones sodio (se abren canales para el sodio), por lo que el potencial transmembrana se hace menos negativo. Los canales se cierran y se vuelve al potencial de membrana en reposo o Produce estimulación: cuando se llega al umbral de intensidad se puede disparar un potencial de acción.
• Hiperpolarización: se abren los canales de potasio, por lo que el potencial de membrana disminuye, ya que K sale de la célula. También puede haber canales para el cloro que causen que estos iones tiendan a entrar si se abren. ◦ Producen inhibición: como estamos a valores más negativos, estamos más lejos del umbral a partir del cual se dispara el potencial y se puede transmitir la señal.
• Zona de integraciones de la señal, el cono axónico: presenta iones dependientes de voltaje que integran las señales y disparan el potencial de acción. Favorecerán la transmisión de la señal.
• Puede haber una suma espacial y temporal de los potenciales: se pueden sumar los estímulos provenientes de diversas neuronas. Se pueden acumular los potenciales si estos se producen con una gran frecuencia y así llegar al umbral.

Potenciales de acción

Potenciales de acción: La velocidad depende de las características del axón. Cambio rápido de amplitud grande en el potencial de membrana de una célula excitable debido a la apertura y cierre de canales iónicos dependientes de voltaje. Intervienen en la transmisión de señales a grandes distancias. Se originan en los canales iónicos dependientes de voltaje.

• Fases:

1. Potencial en reposo
2. Se supera el umbral y hay una fase de despolarización: el sodio difunde hacia el interior de la célula, causando una despolarización mayor que abrirá canales de sodio regulados por voltaje.
3. Repolarización: se abren canales de potasio en respuesta a la despolarización y disminuye el potencial.
4. Periodo de reposo en el cual el potencial de membrana se ha repolarizado.

Hay una diferencia de polaridad ya que los canales de sodio se abren antes y son más rápidos. Cuando se cierran se abren los canales de potasio y se produce la repolarización. La amplitud de la polarización siempre es la misma (30mV).

• Canales: ◦ Sodio: con compuerta de inactivación (ICF) que aunque el canal de sodio siga abierto, inactiva el canal de sodio. Después los canales se cerrarán. Potasio: cierre/apertura ◦
• Características del potencial de acción: · Dependen de los canales de sodio y potasio activables por voltaje · No es graduable: si alcanza el umbral se dispara, pero no cambia su intensidad cuando se transmite. Ley del todo o nada · No depende de la bomba sodio potasio Transmisión sin decremento y a velocidad cte ◦ Se produce acomodación ◦ Periodo refractario absoluto y relativo
• Fenómenos:

Absolute refractory period Relative refractory period - Action potential Depolarization (Na+ enters) +30 Repolarization (K+ leaves) Membrane potential (mV) 0 · After- hyperpolarization (undershoot) -55 Threshold -70 Stimulus Resting membrane potential 1 2 3 4 5 6 7 Time (ms)

Periodo refractario absoluto: tiempo en el que el axón es incapaz de responder a un segundo estímulo. No se puede producir otro potencial de acción ya que los canales de sodio se encuentran inactivados. Periodo refractario relativo: tiempo en el que el axón es capaz de responder a un segundo estímulo si es de determinada intensidad. En este periodo los canales de sodio se encuentran cerrados pero se pueden activar si el estímulo es suficientemente grande (estamos muy alejados del umbral ya que el potencial de membrana es menor al de reposo).

· Acomodación: Retraso temporal en la despolarización que disminuye la eficiencia de la transmisión de la señal ya que se inactivan parte de los canales de sodio dependientes de voltaje. Si no se alcanza el umbral, los canales se abren y cierran. Cada vez que llega un estímulo se inactivan algunos canales, los cuales con la llegada de otros estímulos no se pueden activar y por tanto es más difícil alcanzar el umbral. Se necesitará un estímulo mayor para alcanzar el valor de potencial umbral. Retraso en la despolarización Inactivación de los canales de Na+ dependientes de voltaje Aumenta el valor del potencial umbral Acomodación de la membrana al estímulo

· Conducción del potencial de acción: El potencial de acción se propaga hacia todas las direcciones pero no retrocede, ya que para que haya un potencial se tienen que abrir los canales de sodio y hacia atrás estarán inactivados por su paso anterior. ◦ Conducción saltatoria: debido a las vainas de mielina. La despolarización de la membrana se produce en los módulos de Ranvier (donde no hay vaina). En la vaina de mielina habría una conducción, pero no es necesaria la despolarización (este hecho incrementará la velocidad de conducción). · La mielina y el diámetro del axón afectan a la velocidad de propagación: · Mielina: aumenta la v de propagación. Si no estuviese, los axones deberían tener un diámetro mucho mayor. Fibras mielinizadas: relación lineal entre diámetro y v de conducción · Fibras sin mielinizar: la v dependerá del diámetro Diámetro: v incrementa con el diámetro. ◦ · Tipos de fibras: ◦ Tipo A: Forman axones mielinizados más largos y llegan a una velocidad de hasta 120 m/s. Con motoneuronas. Transportan información sobre: equilibrio, tacto ligero y presión des de la piel al SNC. o Tipo B: Forman axones mielinizados más pequeños. Adquieren una velocidad media alrededor de 18 m/s.