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Guía de Apoyo:

“La neurona: unidad funcional del sistema nervioso” Las neuronas, unidad estructural y funcional del sistema nervioso son células especializadas en recibir, conducir y transmitir señales conocidas como impulso nervioso. Los impulsos nerviosos son verdaderos mensajes electroquímicos, que permiten la comunicación desde y hacia los centros elaboradores de respuestas. Las neuronas se organizan en complejas redes y sistemas, el contacto entre ellas se realiza a través de contactos funcionales altamente especializados denominados sinapsis Partes de una neurona a) Soma o cuerpo: Es la parte de la neurona en que encuentra el núcleo y diversos organelos

citoplasmáticos como mitocondrias, aparato de Golgi etc. Contiene una gran cantidad de ribosomas asociados al RER, que recibe el nombre de corpúsculos de Nissl, encargado de fabricar proteínas indispensables para el funcionamiento de las células nerviosas. En esta región se encuentran los neurofilamentos, parte del citoesqueleto que actúa como sistema de sostén de la neurona.

b) Dendritas: Prolongaciones cortas que nacen del soma neuronal. Reciben impulsos

nerviosos y los conducen hacia el soma (acción centrípeta). c) Axón: Prolongación única encargada de conducir impulsos nerviosos hacia otras neuronas,

músculos o glándulas (acción centrífuga). Esta prolongación tienen una doble misión: por una parte, conectan a las neuronas entre sí –proceso denominado sinapsis- y, por otra, al reunirse con cientos o miles de otros axones, dan origen a los nervios que conectan al sistema nervioso con el resto del cuerpo.

El axón presenta ramificaciones colaterales, cada una de las cuales finaliza en miles de ramificaciones menores llamadas arborización terminal o telodendrones. La sinapsis, que permite la comunicación entre los aproximadamente 28 mil millones de neuronas de nuestro sistema nervioso, se produce mediante señales químicas y eléctricas, y se lleva a cabo en los botones sinápticos, situados en cada extremo de las ramificaciones terminales del axón. En el interior de cada botón hay saquitos (vesículas) llenos de unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores, que ayudan a traspasar la información de una célula a otra (sinapsis).

FUNDACIÓN EDUCACIONAL

COLEGIO DE LOS SS.CC. MANQUEHUE

DEPTO. DE CIENCIAS

Departamento de Ciencias Biología CCNN - CCSS

Nivel: Tercero medio 2018

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El axón puede tener envolturas o vainas que son:

Vaina de mielina: cubierta lipídica que aisla y aumenta la velocidad del impulso nervioso. Esta vaina no es continua, deja lugares del axón sin envolver llamados nodos de Ranvier. Los axones que poseen vaina de mielina reciben el nombre de fibras mielínicas; los que no la poseen se denominan fibras amielínicas. La mayoría de las fibras nerviosas de los animales superiores son mielínicas. Un axón mielinizado conduce hasta 50 veces más rápido el impulso nervioso que uno no mielinizado

Axolema: nombre que recibe la membrana plasmática del axón de una neurona.

Axoplasma: nombre que recibe el citoplasma del axón.

Clasificación de las neuronas Las neuronas se pueden clasificar utilizando los siguientes criterios:

1. Según el número de prolongaciones

a) Neurona unipolar: Son células nerviosas que poseen una sola prolongación. Esta prolongación funciona como dendrita o axón. La mayoría de las neuronas que perciben estímulos son unipolares

b) Neurona bipolar: son las que tienen una dendrita y un axón. Se localizan en la retina de los ojos, en el oído interno y nervios olfatorios

c) Neurona multipolar: Son aquellas que poseen muchas dendritas cortas y un sólo axón

largo. La mayoría de las neuronas del SNC y las encargadas de conducir información a los músculos son de este tipo.

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2. Según la función que desempeñan

a) Neuronas sensoriales o aferentes: son las neuronas que llevan la información captada por los receptores hasta los centros elaboradores de las respuestas ubicados en el sistema nervioso central

b) Neuronas motoras o eferentes: Son las neuronas que llevan las respuestas originadas

de los centros elaboradores del SNC (encéfalo y médula espinal) hasta los órganos encargados de ejecutar las respuestas (órganos efectores), que puede ser un músculo o una glándula.

c) Neuronas de asociación o interneuronas: Se ubican en el interior del SNC y actúan

como intermediarios entre las neuronas sensoriales y motoras

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Neuroglias Las células gliales están encargadas de proveer protección, sostén y protección a las neuronas. Se calcula que en el sistema nervioso central hay 10 de estas células por cada neurona. Existen varios tipos de neuroglias, entre las que se destacan: astrocitos, microglias, oligodendrocitos, células de Schwann y células ependimarias

a) Microglias: Se caracterizan por ser pequeñas, con un denso núcleo alargado y prolongaciones cortas y ramificadas, Desarrollan un papel fogocítico o depurador, respondiendo a las infecciones o lesiones del Sistema nervioso, participando en la protección inmunológica del sistema nervioso.

b) Astrocitos: Son células gliales que poseen numerosas prolongaciones que se dirigen en

todas direcciones (que parecen estrellas). Se ubican cerca de los vasos sanguíneos formando la llamada barrera hematoencefálica, que evita la entrada al cerebro de sustancias tóxicas presentes en la sangre. Los astrocitos participan también en la cicatrización del tejido nervioso dañado y en la nutrición de la neurona.

c) Oligodendrocitos: Estas células gliales se denominan así porque cuando son visibles

gracias a tinciones especiales, tienen prolongaciones más cortas y en menor número que los astrocitos. Su principal función es la producción y mantenimiento de la mielina en el Sistema Nervioso Central. Los oligodendrocitos aportan segmentos de la vaina de mielina a múltiples axones. Las enfermedades que afectan a los oligodendrocitos se manifiestan como alteraciones de la mielina y la mielinización como en el caso de la esclerosis múltiple.

d) Células de Schwann: Estas células se localizan sólo en el sistema nervioso periférico y

se enrollan alrededor de los axones de las neuronas formando la vaina de mielina, que incrementa la velocidad del impulso nervioso.

e) Células ependimarias: Revisten los ventrículos encefálicos y conducto central de la

médula espinal. Hacen circular el líquido céfalo-raquídeo por el movimiento de sus cilios.

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Potencial de membrana o de reposo En su interior y fuera de la célula, existen numerosas partículas cargadas llamadas iones, las cuales son capaces de desplazarse a través de la membrana plasmática. Se puede determinar la diferencia de potencial de una célula a través de la membrana, colocando un microelectrodo intracelular y otro extracelular, conectados a un voltímetro que mide los milivolts (mV). De este modo se comprueba la existencia de un potencial de membrana, existente en todas las células del organismo, el cual varía de un tipo a otro, la parte externa está cargada positivamente y la interna negativamente. Potencial de reposo o de membrana, es el resultado de la diferencia de concentración de ciertos iones entre el interior y exterior de la membrana de la neurona. Si se compara la composición iónica de una neurona encontramos que la composición es diferente dentro y fuera de la membrana que rodea tanto el soma neuronal como a las dendritas y axón. En el líquido extracelular existe una mayor concentración de sodio, cloruro y calcio. En el líquido intracelular existe una mayor concentración de iones de potasio, fosfato, magnesio y una gran cantidad de proteínas cargadas negativamente. Predominando las cargas positivas en el exterior y las negativas al interior. Estas cargas no logran equilibrarse, entre otras razones, debido a la existencia de iones negativos en el interior de la neurona que por su tamaño no pueden salir, impidiendo que los positivos se igualen (equilibrio de Donan). Además, influye en este fenómeno la bomba de sodio y potasio, mecanismos de transporte activo, de la membrana que utilizando energía del ATP bombea sodio hacia fuera y potasio hacia dentro de la membrana, contra el gradiente de concentración: por cada tres moléculas de sodio que salen entran dos moléculas de potasio. La “bomba” por lo tanto, contribuye a mantener los gradientes de concentración.

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De todos los iones mencionados, el sodio y el potasio, desempeñan los papeles más importantes para el potencial de membrana. El potencial de membrana para la neurona equivale a –70 mV. En reposo, la membrana es mucho más permeable a lo iones de potasio que a los de sodio (50 a 75 veces superior). Los iones de potasio tienden a salir, para nivelar su concentración dentro y fuera de la célula. La salida de los iones de potasio tiene su límite, ya que cuando los iones negativos internos adquieren cierto valor, la neurona utiliza energía para transportar activamente iones de sodio hacia fuera y de potasio hacia dentro, proceso que recibe el nombre de bomba de sodio y potasio. Se mantiene así, la polaridad de la membrana, o sea, la desigualdad de los iones dentro y fuera de la membrana. Impulso nervioso El impulso nervioso es de naturaleza electroquímica, ya que corresponde a un flujo de iones a través de la membrana plasmática. La membrana en reposo está polarizada, o sea, tiene cargas positivas en la superficie externa y cargas negativas en la parte interna.

Potencial de acción La propiedad que tienen únicamente las neuronas y miocitos de producir un potencial de acción al ser estimuladas y de transmitirlo por sus superficies recibe el nombre de excitabilidad El potencial de acción es el fenómeno electroquímico producido por un cambio en la concentración de iones entre el medio extra e intracelular. Al producirse un potencial de acción, el potencial de membrana cambia de –70 mV a +30 mV, este cambio dura 1/1000 de segundos y luego regresa a su valor inicial. Una membrana se despolariza, cuando el potencial de membrana es menos negativo que el valor del potencial de membrana en reposo. Es decir, se acerca más a cero. Una membrana se hiperpolariza cuando su valor es más negativo que cuando está la membrana en reposo. Una membrana se repolariza cuando se desplaza alejándose de cero en su dirección de su nivel de reposo. El potencial de acción se debe a un cambio en la permeabilidad de la membrana a los iones de sodio y potasio. En reposo, la membrana es más permeable al potasio que al sodio. Durante el potencial de acción, la permeabilidad de la membrana aumenta unas 600 veces para los iones de sodio, por lo cual éstos entran a la célula. La carga positiva de sodio que entra a la célula es superior a la carga positiva de potasio que sale, por lo tanto decrece el potencial de membrana, haciéndose positiva en el interior y negativa al exterior. El retorno al nivel de reposo se debe a que sea la permeabilidad de la membrana al sodio y aumenta la permeabilidad al potasio por encima del nivel de reposo, lo cual provoca una leve hiperpolarización de la membrana.

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Durante el potencial de acción no hay cambio alguno en los gradientes de concentración debido a que los flujos de sodio y potasio no implican grandes cantidades de iones. Pueden producirse centenares de potenciales de acción antes de trabajar la bomba de sodio y potasio El movimiento de los iones se realiza a través de canales iónicos, activados por voltaje, o activados por ligandos. Canales activados por ligandos: Canales formados por proteínas de membrana que al unirse a un compuesto químico específico llamado ligando, cambian su conformación permitiendo el paso de un ión determinado al interior de la neurona. Canales activados por voltaje: Son verdaderos poros ubicados en la membrana celular que se abren o se cierran por efecto del voltaje. En un axón en reposo el potencial de membrana es de –70mV. Al subir el voltaje el canal se abre y deja entrar sodio. El voltaje que se debe alcanzar para abrir el canal es de –55mV. Y se conoce como umbral de excitación.

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Umbral Intensidad mínima de un estímulo para que un potencial de acción se desencadene p fuerza suficiente para despolarizar la membrana hasta un nivel crítico. Tal estímulo se llama estímulo umbral Los estímulos según su fuerza se clasifican en:

a) Estímulo sub-umbral = no hay respuesta b) Estímulo umbral = intensidad mínima respuesta c) Estímulo supra-umbral = intensidad superior

La respuesta al estímulo umbral o supra-umbral es igual, ya que la fibra nerviosa responde a la Ley del todo o nada. El estímulo sub-umbral puede convertirse en umbral de dos maneras: aumentando su intensidad o aumentando su duración. Las fibras de un nervio poseen diferente umbral. Al aumentar la intensidad del estímulo, responde un mayor número de fibras. Cuando se alcanza el umbral de las fibras menos excitables la respuesta es total. Al aplicar un estímulo umbral a una fibra o nervio, se produce una inversión de la polaridad lo que origina el potencial de acción. La inversión de la polaridad se propaga y el potencial de acción avanza a lo largo de las fibras.

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Períodos refractarios A un potencial de acción sigue el período refractario, durante el cual, la membrana es incapaz de transmitir un nuevo potencial de acción. Durante 1/1000 de segundo del potencial de acción, un estímulo no producirá una segunda respuesta. La membrana está en su período refractario absoluto, cambiando la permeabilidad del sodio al potasio. Luego, si el nuevo estímulo es superior al umbral (estímulo supraumbral), puede producirse una segunda respuesta. Esta etapa corresponde al período refractario relativo, etapa de aumento de la permeabilidad de la membrana al potasio. Dura de 10 a 15 milisegundos. A continuación de un potencial de acción, se requiere tiempo para que la estructura de la membrana regrese a su estado original de reposo. Las células nerviosas responden a una frecuencia que va de 0 a 100 potenciales de acción por segundo. Propagación de los potenciales de acción Cada potencial de acción desencadena otro en el área adyacente de la membrana. El potencial de acción produce una inversión de la polaridad de la membrana, quedando negativo al exterior y positivo al interior. El ión que está a su continuación en la membrana hace el relevo, ocurriendo allí un nuevo potencial de acción, idéntico al original. La adición de carga positiva al interior de la célula y la sustracción de carga positiva de la parte externa, disminuyen ala diferencia de potencial a través de la membrana, lo cual actúa como estímulo para desencadenar un nuevo potencial de acción.

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En el sitio original de la membrana se repolariza por la inactivación del sodio y el aumento de la permeabilidad al potasio. Estos procesos se repiten hasta alcanzar la terminación de la membrana. Cada potencial de acción genera uno nuevo a lo largo de la membrana. En las células nerviosas, el potencial de acción se propaga sólo en una dirección: dendritas - soma – axón. En el músculo esquelético, al ser estimulado en la parte media, el potencial de acción se propaga en ambas direcciones. La velocidad de la propagación depende de:

1. Diámetro de la fibra: Mientras mayor es el diámetro de la fibra, tanto más rápida es la transmisión de los potenciales de acción.

2. Mielina: Esta aísla eléctricamente la membrana. Los potenciales de acción no ocurren

a lo largo de las secciones de la membrana protegidos por la mielina, ocurren tan sólo donde se interrumpe la mielina, o sea, en los nodos de Ranvier, donde la membrana queda expuesta al líquido extracelular. El potencial de acción salta de un nódulo al otro: conducción saltatoria, lo cual aumenta la velocidad de la conducción.

Sinapsis Es la unión de neuronas entre sí. 1.- Axo-dendrita: filamentos terminales con las dendritas 2.- Axo-somática: filamentos terminales con el soma neuronal Tipos de sinapsis

1. Sinapsis eléctrica: paso de iones de la neurona pre-sinápticas a la post-sinápticas a través de un canal proteico llamado conexón, formado por seis moléculas de una proteína llamada conexina (conducción unidireccional) Las neuronas que establecen las sinapsis están muy próximas entre sí (3,5 nanómetros)

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2. Sinapsis química: las neuronas pre y post-sinápticas están separadas por un espacio mayor (30 a 50 nm). Cuando la onda de despolarización llega al botón terminal, se abren los canales activados por voltaje para el calcio y éste ión ingresa al axón de la neurona pre-sináptica El calcio estimula la liberación de neurotransmisores, los cuales se unen a receptores específicos ubicados en la membrana de la neurona post-sináptica, lo que determina la apertura de canales para el sodio, produciendo una despolarización: Potencial Post-sináptico Excitatorio (PPSE). La neurona pre-sináptica, lleva el impulso nervioso hacia la sinapsis y la neurona post-sináptica lleva el impulso de salida. Una neurona puede ser post-sináptica para un grupo de células y al mismo tiempo pre-sináptica para otro.

Cada neurona post-sináptica posee millares de uniones en la superficie de sus dendritas o soma neuronal, de tal manera que la información de centenares de células nerviosas pre-sinápticas convergen hacia ella. Las neuronas forman cadenas a lo largo de las cuales se transmite el impulso nervioso. Sinapsis Excitatoria Cuando se activa la sinapsis excitatoria, aumenta la probabilidad de que el potencial de membrana de la célula post-sináptica alcance el umbral produciendo un potencial de acción. El transmisor químico aumenta la permeabilidad de la membrana a los iones de sodio y se invierte la polaridad de la membrana post-sináptica ya que el espacio sináptico pierde cargas positivas, mientras el post-sináptico las gana. Se genera en la membrana post-sináptica un potencial local llamado potencial post-sináptico excitatorio (PPSE). Los PPSE tienen la capacidad de sumarse.

Neurona A (transmitiendo) a neurona B (recibiendo) 1. Mitocondria 2. Vesícula sináptica con n eurotransmisores 3. Autoreceptor 4. Sinapsis con neurotransmisor liberado (serotonina) 5. Receptores postsinápticos activados por neurotransmisor (inducción de un potencial postsináptico) 6. Canal de calcio 7. Exocitosis de una vesícula 8. Neurotransmisor recapturado

Cuando muchos botones sinápticos descargan un neurotransmisor, se suman los PPSE hasta que en un momento dado se genera un potencial de acción en la neurona post-sináptica que se propaga. Un solo evento sináptico excitatorio no basta para cambiar el potencial de membrana post-sináptico del nivel de reposo al umbral. Un PPSE = 0,5mV, y se requieren 25 mV para el umbral. Por lo tanto, un potencial de acción se inicia por el efecto de muchas sinapsis: facilitación.

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Sinapsis Inhibitoria El neurotransmisor se llama GABA (ácido gamma amino butírico). En este caso, la combinación del neurotransmisor con los sitios receptores específicos, cambia la permeabilidad de la membrana aumentando para el potasio y cloro, pero no para el sodio. Esto hace que el potencial de membrana se acerque más al potencial de equilibrio del potasio que es igual a –90 mV. La membrana post-sináptica se hiperpolariza al hacerse más negativo al interior y por la salida de potasio lo que hace aun más positivo el exterior. Esta negatividad se llama potencial post-sináptico inhibitorio (PPSI), el cual se aparta más del umbral. Las neuronas que poseen botones sinápticos con neurotransmisores excitatorios e inhibitorios, descargan potenciales de acción cuando la suma de los PPSE se hace superior a las de los PPSI.

Acción de las drogas en las sinapsis Existen drogas “tranquilizantes” y “estimulantes”. Las drogas tranquilizantes hacen disminuir la liberación de los neurotransmisores en las fibras pre-ganglionares. Otras producen un bloqueo sináptico, debido a que se combinan con las moléculas receptoras de la membrana post-sináptica e impide su despolarización. Las drogas “estimulantes” causan liberación de un exceso de neurotransmisor y por lo tanto, aumentan los potenciales de acción en la membrana post-sináptica. Otras sustancias destruyen o impiden la formación de colinesterasa, lo que prolonga el efecto de la acetilcolina. La excitación continua de las neuronas post-sinápticas puede producir la muerte del individuo. Ej. Acción de la estricnina, veneno para los ratone. Igual efecto producen algunos “gases nerviosos” empleados por algunos países en las guerras. Bloqueo del Impulso Nervioso: La conducción nerviosa se puede bloquear mediante: Sustancia química; Frío; Presión . Las sustancias químicas según su efecto se clasifican en: 1.- Anestésicos: insensibilizan todo el organismo o parte de él. Anestesia total y parcial. 2.- Sedantes: reducen la irritabilidad de la fibra nerviosa. 3.- Hipnóticos: producen sueño.

La conducción del impulso nervioso desde la neurona pre-sináptica a la post-sináptica es unidireccional, debido a que las sustancias neurotransmisoras se liberan en las terminaciones pre-sinápticas. Los neurotransmisores pueden aumentar o disminuir la permeabilidad de la membrana al sodio, o sea, pueden ser excitatorios o inhibitorios. Si aumenta la permeabilidad al sodio se genera un impulso nervioso. Si la disminuye, no se produce potencial de acción y por lo tanto inhibe la transmisión del impulso a la neurona post-sináptica. El efecto excitatorio o inhibitorio de un transmisor químico depende básicamente de la membrana post-sináptica, ya que la misma sustancia produce efectos distintos según donde actúe, por ejemplo la acetilcolina en los nervios vago inhibe la transmisión del impulso al corazón; sin embargo, la misma sustancia excita los músculos esqueléticos.

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Aplicando lo aprendido Coloca en el recuadro el nombre de la estructura neuronal o tipo de neurona que corresponde a la definición.

Estructura Función

Produce la vaina de mielina, la cual acelera la conducción del impulso nervioso.

Ramificaciones colaterales del axón las cuales terminan en un botón sináptico que permite la comunicación entre neuronas, músculos y glándulas.

Llevan información captada por los receptores hasta los centros elaboradores

Proyección única que nace desde el cono axónico en el soma neuronal, conduce el impulso nervioso a otras neuronas, músculos y glándulas.

Cubierta lipídica secretada por las células de Schwann que envuelva al axón.

Espacios del axón sin vaina de mielina

Llevan la información desde los centros elaboradores hasta los órganos, músculos o glándulas encargados de ejecutar una respuesta.

Prolongaciones cortas que se proyectan desde el soma, ampliamente ramificadas. Se especializan en la recepción y conducción del impulso nervioso hacia el soma neuronal.

Se ubican cerca de los capilares formando la barrera hematoencefálica

Contiene los organelos celulares, como núcleo, mitocondrias, retículos, etc.

Actúan frente a la inflamación y daños del sistema nervioso.

Actúan en el sistema nervioso central comunicando neuronas aferentes y eferentes.

3.- Junto con tu grupo experimenta los siguientes reflejos, anota en una tabla el estimulo y la respuesta generada, -Parpebral (parpadeo), estimulo visual próximo al ojo. -Rotuliano: golpe en el tendón rotuliano. -Corneal: Mota de algodón húmeda toca la cornea de un compañero. -Consensual: Luz sobre la pupila.