Dr. J. de Vera

Universidad Laica Vicente Rocafuerte Facultad de Ciencias de la Educacin

Tabla de contenido

Historia de la Neurociencias 1

La Naturaleza humana 6

Biologa Molecular y Celular 11

Divisin Celular 16

Gentica y Herencia 19

Citologa Nerviosa 23

Sinapsis 30

Neurotransmisores 38

Elementos Morfolgicos y Fisiolgicos del

Sistema Nervioso 42

Medula Espinal 44

Tronco Enceflico 45

Cerebelo 47

Diencfalo 48

Hemisferios Cerebrales 51

Sistema Reticular y Sistema Lmbico 54

Sistema Nervioso Autnomo 57

Sistema Neuroendocrino 60

Neurociencias I

Fig. 1.- Platn y Scrates en La Academia, pintura de Leonardo D`Vinci

Historia de las Neurociencias

El primer escrito conocido sobre el cerebro data de una antigedad de 3000 aos y es el escrito ms antiguo sobre neurociencias, de alteraciones sobre el sistema nervioso. Es un papiro egipcio, cuyo autor fue posiblemente el arquitecto y mdico Imhotep. Describe dicho papiro, entre otras cosas, el diagnstico, tratamiento y pronstico de una serie de pacientes con heridas en la cabeza y el cuello. Se habla de trepanaciones porque se pensaba que algunos males venan de unos humores o gases que se acumulan en esa zona y que con los orificios ya salan al exterior. Pero la mayora de ellos moran.

Fig.2.- Demcrito, Filoso Griego

Demcrito (Fig. 2) aporta dos ideas fundamentales al situar el pensamiento en el cerebro y lanzar la idea de que existe una actividad nerviosa de comunicacin. Demcrito dice que el cerebro es quien controla las funciones superiores y tambin habla de actividad nerviosa. No es el primero sino el que ms nfasis pone en situarlo en el cerebro.

Hacia el ao 400 a.c. Hipcrates vino a

enriquecer las ideas de Demcrito. Era un mdico de la poca que tena que resolver cualquier cosa del organismo. Observ muchos casos distintos, tena una amplia observacin clnica. Esto le permite distinguir entre enfermedades neurolgicas y mentales. Deca que el cerebro era el lugar del intelecto y el rgano que controlaba la conducta. Entre otras cosas, describi la epilepsia, describi lesiones del hemisferio izquierdo con sus manifestaciones en el hemicuerpo derecho, relacion el pensamiento, la inteligencia y las emociones con el cerebro y lleg a diferenciar ente enfermedad neurolgica y enfermedad mental.

Platn (Fig. 1), ya en la poca de los filsofos,

sita el intelecto en la cabeza. Comparte la opinin de Hipcrates de ver en el cerebro la parte ms noble del cuerpo humano. Distingui tres partes en el alma y relacion a cada una de ellas con un rgano determinado: las pasiones ms bajas como la codicia y el deseo pertenecan al hgado; las pasiones superiores como el orgullo, el valor, la furia o el miedo pertenecan al corazn. Pero el entendimiento competa al cerebro en exclusiva.

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Neurociencias I

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

Para Aristteles, hacia el 350 a.c. el cerebro

slo refrigera el organismo. Para l, sin haber practicado observaciones sobre cadveres, las funciones: sensaciones, pasiones e inteligencia residen en el corazn. Esto fue un parn para las neurociencias de siglos porque se estudiaba el corazn y no el cerebro.

Por su parte la medicina griega intent seguir

estudiando el cerebro: Herfilo, conocido como el padre de la anatoma, progres en nuestro conocimiento del sistema nervioso al diseccionar cadveres tanto de personas como de animales. Entre otras cosas, Herfilo localiz el recorrido de los nervios motores distinguindolos de los sensoriales, describi los ventrculos cerebrales y habl 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 trat heridas de gladiadores y diseccion algunos animales. Tambin describi los ventrculos y los distingui de la masa enceflica adems de aportar dibujos de la organizacin del cerebro. Entendi asimismo que el cerebro era el rgano central de la percepcin. Pero situ las funciones en los ventrculos, en lugar de en la masa enceflica.

Durante la Edad Media se desarroll la

doctrina de Galeno hasta que la investigacin anatmica en el hombre fue prohibida por la doctrina cristiana.

En el Renacimiento tenemos que citar a

Leonardo Da Vinci (1472-1519) no slo por sus dibujos del sistema nervioso, sino por su investigacin con cadveres. Incluso investig crneos y en sus dibujos nos deja comentarios del funcionamiento, centrando las funciones en la sustancia (masa enceflica). De hecho realiz el primer dibujo realista que conocemos de los ventrculos cerebrales. Tambin destaca Miguel ngel.

Descartes (Fig. 4), 1596-1650, escribi en

1633 su libro Sobre los Hombres. Muy influenciado por la teora mecanicista, intenta ligar los dos movimientos de la poca buscando diferencias entre animal y humano. Intent relacionar en el ser humano, la mente

con el cuerpo, y busc una estructura que fuese nica en el hombre y encontr la glndula pineal, situada entre los dos hemisferios y el cerebelo y consider que controlaba todas las funciones y que en ese punto era donde mente y cuerpo contactaban. El problema es que Descartes crea, errneamente, que la glndula pineal slo 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 tambin la poseen. Para Descartes slo tenemos un pensamiento de una misma cosa a la vez. Esta nocin de dualismo mente/cuerpo fue un tema ampliamente difundido.

La conducta semeja a una mquina. l

propone la idea de reflejos espinales y una va neural para los mismos. Pero pensaba que los nervios eran un continuo.

Thomas Willis (1621-1675) public su

anatoma del cerebro. Estudia sistemticamente los trastornos del cerebro. Consideraba el cerebro como el rgano 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 rgano que coordina y controla la conducta. Una idea popular del s. XIX fue la frenologa, de la cual Gall fue el mximo representante.

Franz Joseph Gall centr todas las funciones

en el cerebro lo cual es un punto a su favor, pero sostena que la corteza cerebral consista en unidades funcionales u rganos independientes, cada uno de los cuales era responsable de una facultad conductual determinada (el amor a la familia, la curiosidad, la percepcin del color, etc.). As mismo, sostena que el crneo reflejaba directamente la superficie del cerebro de modo que, palpando la cabeza de una persona se podra saber qu facultades tena ms desarrolladas y cules menos.

Fig. 4.- Rene Descartes (1596-1649), filosofo y matemtico francs, defensor del dualismo filosfico

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Neurociencias I

La mayora de los investigadores que eran contrarios a la idea de Gall rechazaron el concepto de localizacin de la funcin cerebral en su totalidad, insistan 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 realiz ablaciones en el cerebro de animales de una gran variedad de especies, y lleg a la conclusin de que el dao conductual producido por la lesin no dependa de la zona concreta que se extirpase sino de la cantidad de masa enceflica lesionada.

En la discusin entre los localizacionistas, que

defendan la localizacin de las funciones, y los antilocalizacionistas, que defendan la idea de unidad en la funcin cerebral, ninguno de los dos bandos logr contar con pruebas muy convincentes, por lo que los debates sobre la cuestin prosiguieron durante el siglo XX.

Pal Broca (Fig. 5), 1824-1880, se involucr

en acaloradas discusiones sobre la relacin entre lenguaje y cerebro. Afirmaba que la capacidad del lenguaje no era una propiedad del conjunto del cerebro sino que ms bien estaba localizada en una regin cerebral restringida. Lleg a esta conclusin mediante estudios post-mortem de los cerebros de sujetos como el seor Tan, que en vida haban tenido problemas para hablar. Los hallazgos de las autopsias realizadas por Broca revelaron la destruccin de una regin en el lbulo frontal izquierdo, que recibi el nombre de rea de Broca.

Tambin descubri que el rea 4 (frontal)

controla la motricidad, el rea 17 (occipital) controla la visin, las 41 y 42 (temporal) controlan la audicin y las reas 44 y 45 son las conocidas como circunvalacin de Broca. Esto supone un retorno al localizacionismo tratando de definir un lugar para las funciones, algo que hicieron muchos investigadores.

Fig. 5.- Pal Broca, identifico la ubicacin el centro del habla en la Corteza Cerebral.

Fig. 6.- William James, revoluciono la Psicologa con sus ideas evolucionistas.

William James (Fig. 6), introdujo la revolucin

en 1890 con las ideas darvinianas aplicadas a las funciones del sistema nervioso. Da un punto de vista evolucionista a la psicologa que tarda mucho en llegar a Europa. Public el libro Principios de Psicologa, obra muy citada sobre todo por parte de los neurocientficos cognitivos.

El final del siglo XIX y el principio del s. XX

trajeron consigo muchos progresos importantes en Psicologa Biolgica.

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 desarroll

el mapa cerebral con 52 partes, de las cuales algunas se vinieron abajo y otras se mantienen. Es el mximo localizacionista. Su terminologa se emplea en la clnica.

Fig. 7.- El Dr. Brodmann con varios discpulos en su laboratorio, estudiando la corteza cerebral

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Neurociencias I

Fig. 8.- Pvlov realizando sus experimentos sobre Reflejos Condicionados en perros

Ivn P. Pvlov (fig.8), tambin estudio el reflejo condicionado en animales que intentaba relacionar el sistema nervioso con una funcin fisiolgica.

El psiclogo americano Shepard I. Franz

(1902) busc el lugar del aprendizaje y la memoria en el cerebro combinando los mtodos de entrenamiento y aprendizaje de Thorndike con lesiones localizadas en cerebros animales. Este trabajo inici una bsqueda del rastro de la experiencia en el cerebro, del lugar en el que el sistema nervioso almacena la informacin. Kart S. Lashley (1890-1958) se refiri a esto como la bsqueda del engrama. Lashley estudi 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 anatmico y centr su atencin en evaluar los efectos conductuales de lesiones cerebrales.

La psicologa biolgica actual lleva la

influencia del psiclogo canadiense Donald O. Hebb (1904-1985) que fue el primero en hablar de plasticidad sinptica del sistema nervioso y redes neuronales. Es el primero que hace la interpretacin de que cuando un sujeto aprende se estn produciendo cambios en el cerebro a nivel de sinapsis. Es decir, que la comunicacin entre dos neuronas no queda determinada de una vez para siempre, sino que es modificable a travs de la experiencia.

Desde el campo de la anatoma tambin se fueron produciendo grandes avances a partir de la invencin del microscopio (Fig. 9). Van Leeuwenhoek (1674) lleva a cabo la descripcin de protozoos y bacterias as como del sistema nervioso, aunque era una descripcin muy pobre debido a la falta de mejores lentes. l mismo haca las lentes para realizar observaciones.

En 1838 Schleiden y Schwann propusieron la

teora celular que dice que estamos formados por clulas.

En 1857 Klliker describi las mitocondrias de

las clulas musculares.

En 1879 Flemming describe el comportamiento de los cromosomas en la mitosis.

En 1886 Zeiss construye lentes con resolucin

en el lmite de la luz visible.

Los primeros medios de tincin para la investigacin del sistema nervioso fueron introducidos por Joseph von Gerlach, lder del reticularismo, y eran el carmn, el ail y el cloruro de oro.

Ms tarde, Camilo Golgi (Fig. 10), en 1898

introdujo la impregnacin argntica (nitrato de plata) o tincin de Golgi, que le ayud a descubrir el orgnulo que lleva su nombre. Las imgenes obtenidas hacan pensar que las neuronas estaban interconectadas en forma de red, esto dio lugar a la teora reticularista, que habla de un continuo de neuronas sin espacio alguno entre ellas.

Fig. 10.- Camilo Golgi, ganador del premio Nobel de Medicina en 1906 junto con Ramn y Cajal por sus tcnica de tincin para ver las clulas nerviosas.

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Neurociencias I

Fig. 11.- El Dr. Ramn y Cajal en su laboratorio.

Ramn y Cajal (Fig. 11), 1857-1952, hizo una

variacin en la tincin de Golgi que le permiti ver que las neuronas no formaban una red sino que eran independientes unas de otras. A partir de aqu desarrolla, en contraposicin a la teora reticularista, la teora del neuronismo que plantea la neurona como una unidad independiente. Introduce as, Cajal, la idea de sinapsis. Habra que decir que quien propuso el trmino neurona no fue Ramn y Cajal sino Waldeyer.

Al mismo tiempo, el fisilogo C.S. Sherrington

(1857-1952) demuestra la existencia de sinapsis y trfico de sustancias entre neuronas, aunque hubo que esperar a la aparicin del microscopio electrnico para poder verlo.

Fue Palade en 1955 quien realiz las primeras

observaciones ultra estructurales de las sinapsis y sac la primera imagen de una de ellas. Confirma la teora de Ramn y Cajal y Sherrington.

A partir de entonces se intent saber por

ejemplo, que sustancias se intercambian las neuronas. Y se usaron cromatgrafos para medir esas cantidades tan pequeas. Tambin podemos usar la radiacin para determinadas molculas y estructuras dentro de la membrana de una sinapsis. Ahora que ya tenemos tantos aparatos se trata de interpretar los

datos. Se va conociendo como es la qumica del cerebro:

Galvani descubre la electricidad animal

mediante el reflejo patelar (reflejo de la pata en la rana). Descubre que los nervios son excitables elctricamente. El sistema nervioso funciona a travs de una electricidad que el propio animal genera.

Catn (1875) fue el primero en registrar la

actividad elctrica espontnea del cerebro. Y Matteucci (1938) registra por primera vez la produccin de la corriente elctrica en una neurona gracias a un aparato dotado de suficiente sensibilidad. Estimulaba la neurona y registraba la corriente elctrica que sta generaba.

Neher y Sakmann (Fig.13), en 1991

desarrollan la tcnica del Match Clamp consistente en coger trozos de membrana de una neurona y determinar sus cambios inicos. Descubre sus canales inicos (Fig. 12), nadie lo ha visto pero hay pruebas de que s existen.

Fig. 12.- Dibujo esquemtico de la composicin de la membrana nuclear con los canales inicos descritos por Neher y Sakmann.

Fig. 13.- Erwin Nehler y Bert Sakmann, autores de la teora de los canales inicos

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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 per- sona, se ha visto diversamente interpretado por las distintas escuelas filosficas a lo largo de la historia. Las concepciones sobre el ser del hombre se dividen, ante todo, en monistas y dualistas.

RACES FILOSFICAS Y BIOLGICAS DE

LA PSICOLOGA Races Filosficas

El mundo interior del hombre y su vida psqui-

ca han sido es- tudiados y enfo- cados de diferen- tes maneras a lo largo de la histo- ria de la psico- loga cientfica y a travs de sus principales co- rrientes y escue- las. En lneas muy generales, el desarrollo secular de la psicologa trans- curri en dos etapas funda-

extiende desde las especulaciones de los filsofos griegos hasta el ltimo cuarto del s. XIX; y la cientfi- ca, cuya apertura coincide con la aparicin del primer laboratorio experimental en la Universidad de Leipzig en 1879.

FILOSOFIA IDEALISTA O SUBJETIVISTA

Hegel (Fig.1) es el ms famoso defensor de esta y le cabe una posicin representativa en la historia de la filosofa. Hegel es un terico o intelectual puro. La intuicin trascendental le revela lo que l llama la idea, es decir, el espritu concebido como razn (fac- tores subjetivos), que acta como fuerza creadora inmaterial de la realidad universal y reguladora de la actividad humana.

IDEALISMO: En sentido gnoseolgico: la teora que afirma que todo lo real es ideal o puro pensamiento (fenmeno psquico). Segn Berkeley, esse est percipi (ser es ser percibido).

FILOSOFIA MATERIALISTA (Teora Reflexolgica)

El materialismo niega la existencia del alma

como realidad o sustancia independiente, y supone que las funciones psquicas son un puro accidente o manifestaciones del cuerpo o sustancia material, que

Fig. 1.- Georg Wilhelm Friedrich Hegel (1770-1831)

mentales: la pre- cientfica que se

es en lo que consiste realmente esto que llamamos hombre.

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Neurociencias I

Uno de los representantes ms eminentes de

la TEORA REFLEXOLGICA fue el fisilogo ruso Ivn Pvlov (1849-1936), cuyos interesantsimos experimentos dieron lugar a la teora del condiciona- miento clsico del aprendizaje, basada en el reflejo condicionado (Fig.2). La base terica de la reflexolog- a es la idea de explicar la conducta por las conexio- nes del sistema nervioso y los cambios de energa que se producen a travs de ellas. En este contexto, la conducta queda definida como un encadenamiento de reflejos condicionados, debidos a conexiones ner- viosas de distintos tipos, estimuladas por la excitacin e inhibicin reciproca de los estmulos 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 mbito de la experiencia humana. Esta confusin pro- voc que algu- nos cartesianos negaran por completo cual- quier interac- cin entre am- bas. Afirmaban que la inteli- gencia y la materia son ineficaces por s mismas para

Fig. 3.- Descartes proporciono una prueba de la existencia de Dios basa- da en la razn, no en la fe.

afectar una a la otra, y que cualquier accin recproca entre las dos est provocada por Dios, quien, con ocasin de un cambio en una, produce el correspon- diente cambio en la otra

MATERIALISMO DIALECTICO

Fig. 2 .- El fisilogo y premio Nbel ruso Ivn Petrvich Pvlov es conocido por sus estudios sobre la fisiologa del aparato digestivo y, en concreto, por su descubrimiento del reflejo condicionado.

El enfoque reflexolgico, cuya contribucin

ms valiosa fue el estudio del organismo completo, concebido, entre otras cosas, tambin como una ca- dena de reflejos, influy en el conductismo de Watson y luego en la psicologa objetiva. La obra de Pvlov abri camino a los futuros y fructferos intercambios entre psicologa y fisiologa, quedndose, no obstan- te, incapaz de explicar exhaustivamente la riqusima y compleja conducta humana.

FILOSOFIA DUALISTA

Es una mezcla de idealismo y materialismo

Las teoras dualistas admiten la existencia en el hom- bre de dos realidades distintas (espiritual o psiquismo una, corporal o material otra) que actan indepen- dientemente y que lo psquico o mental no es una funcin del cerebro.

El filsofo francs Ren Descartes (Fig.3),

cuya interpretacin del universo ejemplifica esta cre- encia, fue el primero en subrayar la diferencia irre- conciliable entre sustancia pensante (inteligencia) y sustancia extensa (materia). La dificultad creada por este juicio era explicar la forma en que interactan la

Seala que lo primario es la materia y que lo mental o psquico es una funcin derivada de la mate- ria cerebral. Lo derivado constituye la realidad objeti- va (objetos o cosas y fenmenos) reflejada en el ce- rebro en forma de ideas, ideales o imgenes que el cerebro transforma en sensaciones, pensamientos y sentimientos. Todo este funcionamiento es provoca- do por los estmulos, estos estmulos son energas que el cerebro lo transforma en un hecho de concien- cia.

El filsofo alemn Karl Marx (Fig.4), aplicaba

el concepto de dialctica a los procesos sociales y econmicos. El llamado materialismo dialctico de Marx, con frecuencia considerado como una revisin del sistema hegeliano, afirma que las ideas slo son el resultado del determinismo de las condiciones ma- teriales dadas.

Fig.4.- Karl Marx 1818 - 1883

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Neurociencias I

Fig. 5.- John B.S. Haldane (1892-1964) y Alexandr I. Oparin (1894-1980)

Races Biolgicas

Explican como se desarrollo la materia primi-

tiva (compuestos orgnicos simples) hasta convertirse en vida.

en que la atmsfera primitiva era muy diferente de la actual; entre otras cosas, la energa abundaba en el joven planeta. Propusieron entonces que la aparicin de la vida fue precedida por un largo perodo de lo que denominaron "evolucin qumica" (Fig. 6).

TEORIAS MATERIALISTAS

La pregunta de

Oparin experiment sus hiptesis utilizando un modelo al que llam "coacervados". Los coacerva- dos son sistemas coloidales constituidos por macro- molculas diversas que se habran formado bajo cier-

cmo haba comenzado la vida en nuestro plane- ta, hace millones de aos atrs, captur la atencin de los cientfi- cos. Muchos se inclina- ron por la idea de un origen extraterrestre para la vida, entre ellos, el qumico sueco Svante A. Arrhenius (1859-1927).

El materialismo

dialctico rechaz toda creencia en la genera- cin espontnea y en el papel del azar en el ori- gen y desarrollo de los seres vivos.

Sin embargo, el

primer conjunto de hip- tesis verificables acerca del origen de la vida en la Tierra fue propuesto por el bioqumico ruso Alexandr I. Oparin (1894-1980) y por el ingls John B.S. Halda- ne (1892-1964), quienes

tas condiciones en medio acuoso y habran ido evolu- cionando hasta dar lugar a clulas con verdaderas membranas y otras de los organismos vivos.

Las primeras evidencias experimentales que

corroboraron la teora de Oparin y Haldane sobre el origen espontneo 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 logr obtener molculas orgnicas,

iguales a las presentes en los seres vivos, a partir de sustancias inorgnicas. En su experimento Miller si- mul las condiciones de la Tierra primitiva aplicando fuentes de energa artificiales.

Experimentos como los realizados por Miller, que hoy son de frecuente repeticin, han mostrado que casi cualquier fuente de energa (elec- tricidad, ra-

trabajaban en forma independiente.

diacin ultra- violeta o ce-

Fig. 7 Stanley Miller (1930- 2007)

Fig. 6.- Representacin gra- fica de la teora de Haldane y Oparin sobre el origen de la vida en la Tierra.

La idea de Opa-

rin y Haldane se basaba

niza volcnica caliente) habra podido convertir las molculas que se cree estaban presentes sobre la superficie terrestre en una variedad de compuestos orgnicos complejos.

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Neurociencias I

Estos organismos vivos primitivos, clulas

unicelulares, comenzaron a tener funciones de inter- cambio de sustancias y empezaron a producirse en ellas reacciones qumicas simples para su supervi- vencia como: alimentarse, respirar y responder ante estmulos que la excitan. La excitabilidad es la base fisiolgica (funcional) sobre la que surgieron las sen- saciones no diferenciadas o sensibilidad general y los movimientos ms elementales como el de huida ante un estmulo negativo.

TEORIAS EVOLUCIONISTAS

Posteriormente a lo postulado en la teora

materialista, los seres vivos empezaron a diferenciar- se y constituyeron el reino vegetal y animal.

vertebral que le permitieron caminar erecto, permi- tiendo adems que sus manos queden libres para el trabajo.

Fig. 8.- Caricatura de Charles Robert Darwin (1809-1882), sent las bases de la moderna teora evolutiva.

La evolucin, el proceso de cambio a lo largo del tiem- po, es el hilo que conecta a la enor- me diversidad del mundo vivo. Una inmensa cantidad de evidencias indi- ca que la Tierra ha tenido una larga historia y que todos los organismos vivos -incluido el ser humano- sur- gieron en el curso de esa historia, a partir de formas anteriores ms primitivas. Esto implica que todas

Fig. 9.- La anatoma comparada constituye uno de los puntos de apoyo a la teora de la evolucin.

La libertad de las manos permiti a nuestros

primitivos ancestros la realizacin de nuevas activida- des manuales cada vez ms complejas que desem- pearon un papel importante en su desarrollo cerebral y mental (Fig. 10). La evolucin continua y aprende el arte de la domesticacin de los animales, cultivo y recoleccin de alimentos, la caza, etc., lo que le im- pone la necesidad de trabajar en grupo y de un len- guaje que le permita la comunicacin entre sus miembros.

las especies descienden de otras especies; en otras palabras, que todos los seres vivos comparten ante- cesores comunes en el pasado distante. As, los or- ganismos son lo que son a raz de su historia.

Darwin (Fig. 8), no fue el primero en proponer una teora de la evolucin, pero fue el primero que describi un mecanismo vlido por el cual podra ocu- rrir. Su teora difera de teoras previas en que l ima- ginaba a la evolucin como un proceso doble, que dependa: 1) de la existencia de variaciones hereda- bles entre los organismos, y 2) del proceso de selec- cin natural por el cual algunos organismos, en virtud de sus variaciones heredables, dejaban ms progenie que otros (Fig. 9).

En cuanto al desarrollo del organismo y cere-

bro de nuestros predecesores ancestrales ms cer- canos, los primates, fueron experimentando constan- tes cambios, como resultado a la necesidad de so- brevivir en medio de un reino animal y vegetal adver- sos. As levanta su cabeza y mirada para coger los frutos de los rboles y para observar los movimientos de sus enemigos, originando cambios en la columna

Fig. 10 .- Pinturas rupestres de Trafu

Todos estos cambios fueron trascendentales cuando el hombre nmada se asienta y constituye la comunidad primitiva basada en el trabajo y en la acti- vidad conjunta de hombres y mujeres, esto dio lugar a la forma ms desarrollada de la actividad psquica, lo que llamamos conciencia.

Gracias a la conciencia el lenguaje comienza

a reflejar la realidad en que viven y a transmitir a los dems y a sus descendientes sus experiencias. Por tanto el lenguaje transmite o fija la experiencia social (como cazar, domesticar, sembrar, defenderse, cons- truir armas, etc.), las ideas creadoras (hacer instru- mentos, pintar, descubrir el fuego, etc.), es decir se fija la cultura dando origen a otra teora.

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Neurociencias I

TEORIA CULTURAL

Es la asimilacin y transmisin de la expe-

riencia 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, agra- ria, industrial y postindustrial (como los Estados Uni- dos de Norteamrica) (Fig.11).

Fig. 11.- En Pensilvana y Ohio (USA), los miembros del grupo religioso amish se resisten a admitir la tecnologa moderna por mantener un escrupuloso respeto a la tradicin. En cam- bio, todos los individuos participan en la construccin de las viviendas, supliendo con la estrecha colaboracin de los miembros de la comunidad la obsolescencia de las herra- mientas e instrumentos que utilizan en tales actividades.

La actividad consciente del hombre es el re- sultado de una actividad cerebral cada vez ms enri- quecida con los avances cientficos y tecnolgicos, dando lugar a un mayor enriquecimiento y desarrollo de la conciencia, que ser dependiente del tipo de sociedad que al hombre le toque vivir y de las condi- ciones 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, fenmenos) del hombre, en sus actividades y en sus experiencias o hechos y existir mientras existan los seres humanos.

Fig. 12.- El rock, considerado sinnimo de la "msica del siglo XX", ha tenido en intrpretes y compositores como el britnico David Bowie a sus principales difusores. La trayectoria profe- sional de Bowie es un resumen de la propia historia de la cultura musical juvenil desde mediados de la dcada de 1960.

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Neurociencias I

Fig. 1.- Dibujo esquemtico de una clula donde se pueden observar las diferentes organelas que la constituyen

Biologa Molecular y Celular

LA CELULA

Robert Hooke (siglo XVII), observando al mi- croscopio comprob que en los seres vivos aparecen unas estructuras elementales a las que llam clulas (Fig.2).

Estos estudios y los realizados posteriormen-

te permitieron establecer en el siglo XIX lo que se conoce como la Teora Celular, que dice:

1- Todo ser vivo est formado por una o ms clu-

las. 2- La clula es lo ms pequeo que tiene vida pro-

pia: es la unidad anatmica y fisiolgica del ser vivo.

3- Toda clula procede de otra clula preexistente. 4- El material hereditario pasa de la clula madre a

las hijas.

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

Organelas Celulares (Fig. 1) No Membranosas:

Filamentos o cilios Tbulos Centrolo del Ncleo y del Protoplasma

Membranosas: En el citoplasma o protoplasma encontramos:

Membrana citoplasmtica o protoplasmtica Mitocondrias Retculo Endoplsmico rugoso Retculo Endoplsmico liso Aparato de Golgi Lisosomas

Ncleo

Centrolo o centrosoma: Es un corpsculo

situado en el citoplasma o en el ncleo celular, con gran importancia en la CARIOCINESIS, es conside- rado como el centro de la actividad en la divisin celu- lar.

Durante la mitosis y meiosis, los centrolos se

colocan a cada extremo de la clula y atraen los cro- mosomas desde la zona ecuatorial hacia los polos.

Membrana Celular: La clula est rodeada

por una membrana, denominada membrana plasmti- ca o celular. La membrana delimita el territorio de la clula y controla el contenido qumico de la clula.

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Neurociencias I

Las funciones de la membrana podran resu- mirse en:

TRANSPORTE: El intercambio de materia entre el interior de la clula y su ambiente externo.

RECONOCIMIENTO Y COMUNICACIN: Gracias a molculas situadas en la parte externa de la membrana, que actan como receptoras de sustancias.

Citoplasma o Protoplasma Celular: Es la sustancia que contiene las organelas celulares clula (membranosas y no membranosas).

Fig. 3.- Representacin esquemtica de la membrana celular, constituida por una bicapa lipdica, protenas y glcidos

En la composicin qumica de la membrana

entran a formar parte lpidos, protenas y glcidos 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.

La membrana celular tiene las siguientes funcio-

nes: Rodear el contenido celular

Separar en compartimientos para que se realicen

las diferentes actividades celulares en forma in- dependiente

Actuar como barrera selectivamente permeable,

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

Transportar solutos de un lado a otro de la mem-

brana. Responder a estmulos externos. Estos estmulos

externos pueden provocar distintas respuestas en la clula como: Elaborar ms determinada protena o sustancia Que se prepare para la divisin celular Liberacin de sustancias al exterior Que se suicide (apoptosis)

Interaccin celular, permite el reconocimiento

entre ellas, as como el intercambio de materiales e informacin.

Transduccin de energa o conversin de energa

de un tipo en otro, Ej. La fotosntesis, las plantas transforman la energa solar en energa qumica y la almacenan en forma de carbohidratos.

Tbulos y filamentos: Forman el citoesque- leto o armazn interno de la clula (Fig. 4), tienen como funcin:

Transporte de sustancias por medio del movi-

miento de los filamentos celulares, ej. Las clulas de la trompa de Falopio.

Propulsin para impulsarse hacia adelante, Ej.

Los espermatozoides.

Fig. 4.- Distribucin de los tbulos y filamentos en la armazn o citoesqueleto celular.

Mitocondrias (Fig. 5): Son las plantas de energa de la clula, realizan el proceso de respira- cin celular, toman el oxigeno libre intra citoplasmti- co y lo trasforman en energa.

Fig. 5.- Estructura interna de las mitocondrias

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Neurociencias I

Fig. 6.- Dibujo esquemtico del Retculo Endoplsmico Liso y Rugoso

Retculo Endoplsmico Rugoso (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 protenas complejas o polipptidos, las mismas que son almacenadas en el interior de estas cisternas o transportadas al Aparato Reticular de Golgi (Fig.6).

Adems existen ribosomas libres que tienen

como funcin, producir protenas de uso inmediato.

Retculo Endoplsmico Liso (Agranular): Es un conjunto de cisternas membranosas con mu- chas enzimas (fermentos) localizadas en su superficie e internamente, es el encargado de producir hormo- nas y purificar los fluidos.

Aparato Reticular de Golgi: Es un conjunto

de cisternas a travs de las cuales las protenas van siendo modificadas a medida que van pasando por ellas Ej. Les aaden carbohidratos, posteriormente son empaquetadas para su exportacin o almace- namiento dentro de la clula.

Las protenas sintetizadas en el Retculo En- doplsmico Rugoso (RER) viajan dentro de vesculas al aparato de Golgi, el cual detecta "etiquetas" qumi- cas en esas protenas. Despus de alterar la estructu- ra de dichas protenas, las libera en otras vesculas dirigindolas a otros destinos (Fig. 7).

Fig.7- Sntesis y transporte de protenas a travs del RER y Aparato de Golgi

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Neurociencias I

El Ncleo: El ncleo es la organela ms im-

portante de las clulas eucariotas. El material genti- co de la clula se encuentra dentro del ncleo en forma de cromatina.

El ncleo dirige las actividades de la clula y

en l tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicacin del ADN o replicacin, antes de co- menzar la divisin celular, y la transcripcin o produc- cin de los distintos tipos de ARN, que servirn para la sntesis de protenas.

partes:

El ncleo esta constituido por las siguientes

Fig. 8.- Funcin de los Lisosomas (Ver explicacin en el texto)

Lisosomas: Los lisosomas tienen una estruc- tura muy sencilla, semejantes a vacuolas (bombas), rodeados solamente por una membrana, contienen gran cantidad de enzimas digestivas que degradan todas las molculas inservibles para la clula (Fig. 8, 6).

Funcionan como "estmagos" de la clula y

adems de digerir cualquier sustancia que ingrese del exterior, vacuolas digestivas (Fig. 8, 4-5), ingieren restos celulares viejos para digerirlos tambin (Fig. 8, 3), llamados entonces vacuolas autofgicas

Llamados "bolsas suicidas" porque si se rom-

piera su membrana, las enzimas encerradas en su interior, terminaran por destruir a toda la clula.

Los lisosomas se forman a partir del Retculo

endoplsmico 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 concntricas perforadas por poros nucleares. A travs de stos se produce el transporte de molculas (ARN y protenas) entre el ncleo y el citoplasma. En su membrana externa se encuen- tran ribosomas dispersos que generalmente se continan con la membrana del Retculo En- doplsmico Rugoso.

Nucleoplsma o Carioplasma: (CARION = ncleo), que es el medio interno del ncleo donde se encuentran el resto de los componentes nu- cleares.

Nuclolo, o nuclolos: Son masas densas y esfricas, formados por ADN, ARN y protenas, intervienen en la sntesis de ARNr (r = ribosmi- cos) que constituye los ribosomas.

Nuclena: Es el producto de la descomposicin de las protenas nucleares.

Cromatina: Es la porcin mas coloreada del ncleo, esta constituida por ADN y protenas, aparece durante la interfase; pero cuando la clu- la entra en divisin la cromatina se condensa y forman los cromosomas.

Fig. 9.- Dibujo esquemtico del ncleo para mostrar las estructuras que lo conforman

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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 condensacin de la cromatina durante la divi- sin celular Mittica y Meitica. Cada cromosoma contiene una sola molcula continua de ADN.

El ser humano tiene un total de 46 cromo-

somas (23 pares), de los cuales 44 (22 pares) son denominados autosmicos (determinan las carac- tersticas somticas o fsicas del individuo), homlo- gos (es decir cada miembro de un par tiene la misma configuracin y material gentico 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 sexua- les sern XY, mientras que en el caso de una mujer sern XX.

El total de la informacin gentica contenida

en los cromosomas de un organismo constituye su genoma, donde estn codificadas todas las carac- tersticas 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 Divisin Celular Mittica

Divisin Celular

Es el proceso donde se origina nuevas clulas a partir de otras clulas vivientes. Una clula en etapa de divisin se denomina clula madre, y sus descendientes se llaman clulas hijas. La clula ma- dre transmite copias de su informacin gentica (hereditaria) a sus clulas hijas, a su vez ests hijas transmitirn los mismos genes (unidades bsicas de la herencia) que heredaron de su madre a la siguien-te generacin).

La clula tiene dos formas de reproducirse: 1. La Mitosis o Reproduccin Asexuada

La mitosis es el proceso de divisin celular por el cual se conserva la informacin gentica con- tenida en sus cromosomas, que pasa de esta manera a las sucesivas clulas a que la mitosis va a dar origen.

La mitosis es un verdadero proceso de mul- tiplicacin celular que participa en el desarrollo, el crecimiento y la regeneracin 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.

Etapas de la Reproduccin Celular

El ciclo de una clula es similar al de un ser vivo, "nace" mediante la divisin de una clula progenitora, crece, y se reproduce. Todo este proceso es lo que constituye un ciclo celular completo

Para el estudio del ciclo celular se la divide en 2 fases principales:

Interfase Fase M o Mittica

La Interfase: Consta de 3 periodos:

o G1 o Primera fase de crecimiento o S o de Sntesis o G2 o Segunda fase de crecimiento

o El perodo G1, llamado primera fase de creci-

miento, la clula aumenta de tamao, se sintetiza nuevo material citoplsmico, sobre todo pro- tenas y ARN.

o El perodo S o de sntesis, en el que tiene lugar la duplicacin del ADN. Cuando acaba este perodo, el ncleo contiene el doble de protenas nucleares y de ADN que al principio.

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Neurociencias I

o El perodo G2, o segunda fase de crecimiento, en el cual se sigue sintetizando ARN y protenas; el final de este perodo queda marcado por la aparicin de cambios en la estructura celular que se hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la Mitosis o divisin celu- lar. Fase M o Mittica: La mitosis se divide en

cinco etapas: Profase, Metafase, Anafase y Telofase.

Profase (Fig. 2): Es el inicio de la mitosis, comienza cuando aparecen un cierto nmero de filamentos dobles con forma de bastoncillos: los cromosomas.

Anafase (Fig. 5): En ella el centrmero se divide y cada cromosoma se separa en sus dos cromtidas. Los centrmeros emigran a lo largo de las fibras del huso en direcciones opuestas, arrastrando cada uno en su desplazamiento a una cromtida.

Fig. 5.- Anafase

Fig. 2 .- Profase

Cada cromosoma est constituido por dos cromtidas (Fig. 3), que se mantienen unidas por un estrangulamiento que es el centrmero. Cada cromtida contiene a una larga cadena de ADN.

La anafase constituye la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribucin de las dos copias de la informacin gentica original. Telofase (Fig. 6): Los dos grupos de cromtidas, comienzan a descondensarse, se reconstruye la membrana nuclear alrededor de cada conjunto cro- mosmico, lo cual constituir los nuevos ncleos de las clulas hijas. A continuacin tiene lugar la divisin del citoplasma (citoquinesis).

Fig. 3 .- Estructura del cromosoma

La Profase termina con la desaparicin de la membrana nuclear y el nuclolo. Metafase (Fig. 4): Se inicia con la aparicin del huso cromtico, formado por prolongaciones de los centriolos que se ubican en los polos de la clula y a la formacin de la placa metafsica o ecuatorial por la disposicin de los cromosomas en la parte central o ecuador de la clula.

Fig. 6.- Telofase 2. La Meiosis o Reproduccin sexuada,

La meiosis es la divisin celular por la cual se obtiene clulas hijas con la mitad de los juegos cro- mosmicos que tena la clula madre pero que cuen- tan con informacin completa para todos los rasgos estructurales y funcionales del organismo al que pertenecen. Se realiza en las clulas germinativas femeninas (ovocitos) y en las clulas germinativas masculinas (espermatozoos). Proceso de Meiosis: Duplicacin de los cromosomas (Fig. 7): An- tes

de que se produzca la primera divisin los cromosomas se duplican.

Fig. 4.- Metafase

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Neurociencias I

La meiosis se produce siempre que hay un

proceso de reproduccin sexual.

La meiosis ocurre mediante dos mitosis con- secutivas. La primera divisin es reductiva y el resul- tado es la formacin de dos clulas hijas cada una con 46 cromosomas.

Fig. 7.- Meiosis: Duplicacin del material gentico.

Primera divisin Meitica (Fig. 8): Los cromo-

somas homlogos se separan formndose dos clulas. Observa sin embargo, que los cromo- somas estn duplicados, cada uno de ellos est formado por dos cromtidas unidas por el centrmero.

La segunda divisin es una divisin mittica

normal y el resultado final de la segunda divisin meitica es la formacin de cuatro clulas hijas cada una de las cuales tiene un ncleo con 23 cromti- das.

Consecuencias De La Meiosis

1. Es el proceso mediante el cual se obtienen clu- las especializadas para intervenir en la repro- duccin sexual.

2. Reduce a la mitad el nmero de cromosomas, y as al unirse las dos clulas sexuales, vuelve a restablecerse el nmero cromosmico de la es- pecie.

Ciclo Celular y el Cncer

Fig. 8.- Primera Divisin Meitica Segunda divisin Meitica (F ig. 9): Estamos

ante un fenmeno que ya conoces: la mitosis. Durante esta segunda divisin los cromosomas se separan en sus dos cromtidas, dando lugar en este caso a cuatro clulas haploides.

El cncer surge en parte como resul- tado de una prdida del control normal del ciclo celular por el ADN. Las clulas normales estn en equilibrio entre su proliferacin, su vida y su muerte. Si este equilibrio se altera puede haber un crecimiento desordenado in- controlado de la clula tornndose en clulas malignas con la capacidad de crecer en forma autnoma fuera de los controles del ciclo celu- lar ADN.

Las causas de la malignidad o de las

enfermedades se deben a los cambios (muta- ciones) del ADN de los genes (unidad trasmi- sora de la herencia) que intervienen en el con- trol del ciclo celular. Todo esto sucede porque la persona se ha expuesto a radiaciones; a infecciones virales; debido al deterioro qumi- co por la edad y la ingesta de medicamentos o drogas; y por anomalas hereditarias. Los ge- nes con mutaciones dainas del ADN, se lla- man genes oncogenes.

Fig. 9.- Segunda Divisin Meitica.

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Neurociencias I

Fig. 1.- Los avances de la gentica son cada vez ms asombrosos desde el descubrimiento del ADN hasta la clonacin de animales.

Gentica y Herencia Herencia

La herencia es la transmisin de rasgos genticos de una generacin a otra. Es del proceso por el que recibimos las caractersticas de nuestros padres y las transmitimos a nuestros hijos. La rama de la biologa que estudia la herencia es la gentica.

Las nociones ms tempranas acerca de la herencia biolgica giraban alrededor de la inquietud de conocer cmo se transmiten las caractersticas hereditarias de generacin en generacin.

La revolucin en la gentica se produjo cuando el concepto de mezcla fue reemplazado por el concepto de factor o unidad de la herencia. La gran contribucin de Mendel fue demostrar que las caractersticas heredadas son llevadas en unidades discretas que se reparten por separado se redistri- buyen en cada generacin. Estas unidades discre- tas, que Mendel llam elemente (factores), son los que hoy conocemos como genes.

Las investigaciones realizadas por Mendel no fueron valoradas por sus colegas cientficos y tuvieron que esperar mucho tiempo hasta ser re- descubiertas. Las dcadas que siguieron al redes- cubrimiento de los trabajos de Mendel fueron muy ricas en estudios genticos que resultaran de enor- me importancia.

Concepciones acerca de la herencia

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

Transcurrieron muchos siglos en los que di-

ferentes creencias y mitos predominaron sobre las explicaciones cientficas (Fig. 2). A mediados del siglo XIX, ya se saba que los vulos y los esperma- tozoides son clulas especializadas y que, tanto el vulo como el espermatozoide, contribuyen a las caractersticas hereditarias del nuevo individuo. Pero

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Neurociencias I

DOMINANTE RECESIVO

Cabello ondulado Pelo lacio

Cabello de color castao oscuro Otros colores del cabello

Vello corporal grueso o calvicie (dominante Vello corporal fino calvicie (recesivo

en varones) en mujeres)

Pigmentacin normal de la piel Albinismo

Ojos cafes Ojos azules o grises

Miopa o hipermetropa Visin normal

Audicin normal Sordera

Labios gruesos Labios delgados

Ojos grandes Ojos pequeos

Migraa Ausencia de migraas.

cmo, estas clulas especiales llamadas gametos, son capaces de transmitir las centenas de caracters- ticas involucradas en la herencia? La herencia mez- cladora, que sostena que las caractersticas de los progenitores se mezclaban en la progenie, como en una mezcla de dos fluidos, fue una de las hiptesis. Sin embargo, esta explicacin no tena en cuenta la persistente herencia de ciertas variantes que indu- dablemente ocurra. Leyes de la Herencia de Mendel

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

En 1865, el monje agustino austriaco Gregor

Johan Mendel (Fig. 3), abad del monasterio de Brnn (Chequia), formul las leyes hereditarias que llevan su nombre, fruto de sus estudios tras un descubri- miento ocurrido en su jardn con determinadas espe- cies vegetales.

Mendel trabaj sobre la transmisin de los caracteres de las plantas a travs de sucesivas ge- neraciones, en lo que hoy constituye el fundamento de la gentica moderna. El inters por conocer esos principios parti de su experimentacin con siete

caractersticas diferentes de variedades de guisantes puras.

Mendel observ que se obtenan hbridos, 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 primera generacin filial.

Si se cruzan dos individuos (P) homocigti- cos para un solo par de alelos, pero con distinta expresin, todos los descendientes de la primera generacin, que se denominarn hbridos (F1), son idnticos (Fig. 4). Expresado de una forma ms cla- ra: cuando se realiza el cruzamiento entre individuos de la misma especie pertenecientes a razas puras, todos los hbridos de la primera generacin filial son iguales.

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

Estos hbridos manifiestan enteramente el carcter de uno de los progenitores (carcter domi- nante), mientras que el carcter del otro progenitor no se muestra, como si estuviera oculto o desapare- cido (carcter recesivo), o bien los hbridos mues- tran un carcter intermedio entre los dos padres (co- dominancia) (Fig. 5).

DOMINANTE RECESIVO

Cabello ondulado Pelo lacio

Cabello de color castao oscuro Otros colores del cabello

Vello corporal grueso o calvicie (dominante Vello corporal fino calvicie (recesivo

en varones) en mujeres)

Pigmentacin normal de la piel Albinismo

Ojos cafes Ojos azules o grises

Miopa o hipermetropa Visin normal

Audicin normal Sordera

Labios gruesos Labios delgados

Ojos grandes Ojos pequeos

Migraa Ausencia de migraas.

Fig. 5.- Rasgos hereditarios selectos en humanos

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Neurociencias I

Mendel llam "factores" a los responsables de la herencia biolgica. Hoy da a estos "factores" se les denomina genes, los cuales se encuentran ubicados en lugares especficos de los cromosomas llamados locus.

Los cromosomas homlogos tienen los mis-

mos genes, de tal forma, que se corresponden exac- tamente punto por punto; por tanto, cada clula no tiene uno, sino dos genes para regir un carcter de- terminado.

As pues, cualquier carcter hereditario es-

tar determinado por dos genes, uno procedente del padre y otro de la madre. A estos genes que rigen un carcter se les llama alelos. Si estos alelos son iguales, al individuo se le denomina homocigtico o puro, y si son distintos, heterocigtico o hbrido.

Al conjunto de los genes de un individuo se

le denomina genotipo, y al conjunto de caractersti- cas de dicho individuo fenotipo.

Segunda l ey, o d e l a segregacin (o d isyun- cin) de los genes antagnicos.

Fig. 5.- Segunda ley de Mendel: Ley de la Segregacin.

Al cruzar entre s los hbridos de la genera-

cin F1 se obtienen en la F2 distintos tipos de des- cendientes, parte de los cuales son como los indivi- duos de P. Los genes que han constituido pareja en los individuos de la F1, se separan al formarse las clulas reproductoras de stos. As, al cruzar los hbridos de la F1 entres s, obtenemos el desarrollo mostrado en los grficos, que corresponde exacta- mente a lo observado por Mendel. En la F2, las 3/4 partes de los individuos obtenidos presentaban semi- llas lisas, y el 1/4 restante, rugosas (Fig. 5). Tercera ley, o ley de la recombinacin de los genes (transmisin independiente de los genes).

Mendel efectu tambin cruces con plantas que diferan en dos caractersticas (dihibridismo): por ejemplo, guisantes de semilla lisa y amarilla a un

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 ms caracteres, cada uno de los caracteres hereditarios se transmite a la progenie con total independencia de los restantes.

La proporcin 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).

Fig. 6.- Tercera ley de Mendel: Ley de la Recombinacin. Alteraciones Genticas

Una mutacin es un cambio heredable en el material gentico de una clula.

En la naturaleza las mutaciones se originan al azar y, aunque las causas siguen siendo inciertas, se conocen bastantes agentes externos, mutgenos, que pueden producir mutaciones como: las radiacio- nes ambientales y sustancias qumicas. Una muta- cin en una clula somtica, 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 origin. Sin embargo, las mutaciones en las clulas sexuales, vulos y espermatozoides, pueden transmitirse como rasgos hereditarios dife- renciadores a los descendientes del organismo en los que tuvo lugar la mutacin.

Se distinguen varios tipos de mutaciones en funcin de los cambios que sufre el material genti- co. 1. Mutaciones cromosmicas. Este tipo de mutaciones provoca cambios en la estructura de los cromosomas.

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Neurociencias I

Deleccin: Implica la prdida de un trozo de cromosoma; los efectos que se producen en el feno- tipo estn en funcin de los genes que se pierden.

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

1 2 3 3 4 5 Translocacin: En este caso un trozo de cro- mosoma ocupa un lugar diferente al normal.

1 2 4 3 5 2. Mutaciones genmicas. Este tipo de muta- ciones afecta a la dotacin cromosmica de un indi- viduo, es decir, los individuos que las presentan tie- nen en sus clulas un nmero distinto de cromoso- mas al que es propio de su especie. No son muta- ciones propiamente dichas, porque no hay cambio de material gentico, sino una aberracin, la cual suele ser el resultado de una separacin anormal de los cromosomas durante la meiosis, con lo que po- demos encontrarnos individuos triploides (3n), tetra- ploides (4n), etc.

En el hombre, existen varios sndromes pro- vocados por la no separacin de una pareja de cro- mosomas homlogos durante la meiosis, con lo cual permanecen unidos y se desplazan juntos a un mis- mo gameto provocando lo que se denomina trisoma, es decir un individuo con un cromosoma triplicado.

Estas alteraciones pueden ocurrir en los cromosomas autosmicos o en los sexuales. Las alteraciones ms frecuentes a nivel de los cromoso- mas autosmicos son: Trisoma 18, Sndrome de Edwards Trisoma 21, Sndrome de Down (Fig.7) Trisoma 13 o 15, Sndrome de Patau

Las alteraciones de los cromosomas sexua- les pueden producir varios sndromes, los siguientes son los ms comunes: Sndrome de Klinefelter, X XY, son individuos de sexo masculino, con escaso desarrollo de las gnadas (Fig.8). Sndrome de Turner, X0, son individuos de sexo femenino, con aspecto hombruno, atrofia de ovarios, enanismo (Fig. 9).

Fig. 8.- Sndrome de Klinefelter Fig. 9.- Sndrome de Turner

Sndrome de Sper Macho, XYY: Elevada esta- tura, personalidad infantil, bajo coeficiente inte- lectual, tendencia a la agresividad y al compor- tamiento antisocial. Sndrome de Sper Hembra, X XX, Infantilismo y escaso desarrollo de las mamas y los genitales externos

Fig. 7.- Caractersticas genotpicas (a) y fenotpicas (b) del sndrome de Down

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Neurociencias I

Fig. 1.- Microfotografa de una neurona teida con un colorante que muestra la sustancia de Nissl (1) y el ncleo (2).

Citologa Nerviosa

El sistema nervioso est compuesto, principal- mente de tres tipos de clulas:

a) Neuronas b) Neuroglias c) Clulas Ependimarias

Las Neuronas: Es la unidad estructural

y funcional del sistema nervioso. Tienen la funcin de transmitir el impulso nervioso, ya sea motor, sensitivo o sensorial (Fig.1).

Las Neuroglias: Sirven como sostn y

defensa de las neuronas, ocupan el espacio que existe entre las neuronas.

Las Clulas Ependimarias: Son clulas

de sostn y de revestimiento de las cavidades ven- triculares y del epndimo.

LA NEURONA

Un poco de historia...

El cientfico espaol Santiago Ramn y Cajal

(Fig. 2), logra describir por primera vez los diferentes tipos de neuronas en forma aislada.

Al mismo tiempo plantea que el sistema ner-

vioso estara constituido por neuronas individuales, las que se comunicaran entre s a travs de contac- tos funcionales llamados sinapsis (teora de la neu- rona).

La hiptesis de Cajal se opona a la de otros cientficos de su poca que conceba al sistema ner- vioso como una amplia de red de fibras nerviosas conectadas entre s formando un continuo (en ana- loga a los vasos sanguneos).

Fig. 2.- Santiago Ramn y Cajal (1852-1934) Premio Nobel de Medicina en 1906 por sus investigaciones sobre las clulas neuro- nales.

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Neurociencias I

Teora Neuronal

Es fundamental para toda la neurobiologa la

llamada teora neuronal de Waldeyer y Cajal que afirma:

Unidad Gentica.- Toda neurona deriva de una

clula embrionaria -el neuroblasto- No se divide en el curso de la vida del individuo.

Unidad Estructural.- La clula es unidad estruc-

tural, ya que su cuerpo y prolongaciones se man- tienen siempre independientes anatmicamente y aunque se ponen en contacto unas con otras, no se hace por continuidad de sustancia sino por contigidad como estudiaremos en el captulo dedicado a sinapsis.

Unidad Funcional.- Las clulas nerviosas son

unidades funcionales del sistema nervioso, pues, las neuronas son los nicos elementos capaces de recibir las incitaciones, transformarlas en im- pulsos nerviosos y enviarlos luego a los rganos efectores correspondientes.

Unidad Trfica.- Tambin llamada unidad de

alimentacin, puesto que el cuerpo de la neurona es el que alimenta sus prolongaciones (axn y dendritas). En consecuencia, cualquier lesin del cuerpo celular y especialmente del ncleo, pro- duce la degeneracin y muerte de toda la clula.

Tamao y Forma

El tamao de la neurona es variable, las ms

pequeas tienen de dos a cuatro micrones, son las clulas granulosas o granos del cerebelo; en cambio las ms grandes pueden llegar a medir hasta 150 micrones como las grandes clulas piramidales de Betz que estn en la corteza cerebral.

Su forma es muy irregular, debido especial-

mente a sus prolongaciones o ramificaciones que salen del cuerpo o soma. Hay esfricas, fusiformes, estrelladas, etc.

Segn el nmero de prolongaciones que sa-

len del cuerpo celular, las neuronas se dividen en:

a) Monopolares b) Bipolares c) Multipolares

Clasificacin de la Neurona segn Cajal

Cajal clasific las neuronas tomando en

cuenta la disposicin de las prolongaciones en los siguientes tipos:

a) Clulas Estrelladas.- Constituyen las ms comu-

nes, las prolongaciones nacen de la superficie celular y son gruesas en su origen (Fig. 1). Ej.: Clulas radiculares del asta anterior de la mdu- la.

b) Clulas con grueso tronco protoplasmtico.- Son

neuronas en las que una de las dendritas es ms gruesa que las otras dando la apariencia que la neurona en ese sitio est como estirada y lo es menos en el punto en que nacen las otras den- dritas. Ej.: Clula piramidal de Betz de la corteza cerebral (Fig. 4).

Fig. 4.- Neurona Piramidal de Betz

c) Clulas con penacho opsito polar.- Son clulas nerviosas en las que de un polo nace una dendri- ta gruesa y del otro polo salen varias dendritas semejando un penacho. Ejemplo: Clulas del as- ta de Ammn.

d) Clulas con arborizacin protoplasmtica unipo-

lar.- Clulas nerviosas que se caracterizan por- que todas las dendritas nacen de un tronco comn de uno de los polos (Fig. 6). Ejemplo: Clulas de Purkinje del cerebelo.

Fig. 3.- Neuronas segn sus prolongaciones Fig. 6.- Clula de Purkinje

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Neurociencias I

Clasificacin de la Neurona segn Golgi

Golgi clasifica las neuronas de acuerdo a la

longitud del axn en los siguientes tipos:

a) Tipo Golgi I.- Aquellas clulas que tienen axn largo.

b) Tipo Golgi II.- Tienen axn corto. Ej.: Clulas de asociacin de la mdula espinal.

Clasificacin Funcional de las Neuronas

Se clasifican funcionalmente en tres tipos:

1) Neuronas sensoriales. Transmiten informacin

recogida de estmulos externos (por ejemplo: so- nido, luz, presin, seales qumicas,...) o res- ponde a estmulos internos del cuerpo (por ejemplo: posicin de una articulacin, orientacin de la cabeza,...).

2) Neuronas motoras. Conducen seales a los rganos efectores, causando contraccin de msculos o secrecin de clulas glandulares.

3) Interneuronas. Conectan otras neuronas con el sistema nervioso central.

Partes Principales de la Neurona

La neurona est compuesta de tres partes

principales que son (Fig.7):

a) Soma o cuerpo b) Dendritas o prolongaciones cortas c) Cilindroeje, axn o prolongacin larga

a) Cuerpo celular

Desde el punto de vista microscpico, el cuerpo de la clula nerviosa es similar al de las otras clulas, est limitado por su lado externo por una membrana plasmtica en la cual est incluido el ncleo y el resto de organelas, no entraremos en detalles de todas las organelas, slo en aquellas caractersticas de la neurona y que no se observan en otras clulas, as tenemos:

Sustancia de Nissl: Consiste en grnulos que se

distribuyen en todo el citoplasma del cuerpo celu- lar excepto en la regin del axn. Es responsable de la sntesis de protenas, que reemplazan a las que se destruyen durante la actividad celular, in- tervienen as en la reparacin neuronal en caso de lesin.

Neurofibrillas: Corren paralelas entre s a travs

del cuerpo celular hacia las prolongaciones, es probable que ayuden al transporte celular.

Lipofucsina: Se presenta como grnulos pardo

amarillentos dentro del citoplasma. Se estima que representan un subproducto metablico que se acumula con la edad.

Melanina: Se encuentran en el citoplasma de

ciertas neuronas del encfalo, como por ejemplo la sustancia negra. Est relacionada con la capa- cidad para sintetizar catecolaminas (dopamina).

Fig. 7.- Dibujo esquemtico de las partes y estructura de la neurona.

25

Neurociencias I

Fig. 8.- Dibujo esquemtico de la membrana celular de una neurona

Membrana Plasmtica

La membrana plasmtica forma el lmite ex- terno continuo del cuerpo celular y sus prolongacio- nes y en la neurona es el sitio de iniciacin y con- duccin del impulso nervioso.

La membrana plasmtica y la cubierta celular

juntas forman una membrana semipermeable que permite la difusin de ciertos iones a travs de ella pero limita otras. En estado de reposo los iones de K+ (potasio), difunden a travs de los canales protei- cos de la membrana plasmtica desde el citoplasma celular hacia el lquido 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).

Esto da como resultado una diferencia de

potencial que es la base de la transmisin del impul- so nervioso, y que lo estudiaremos ms adelante.

b) Dendritas o prolongaciones cortas

Nacen del cuerpo celular, se presentan en nme- ro variable y por lo general ms gruesas que el axn.

No poseen calibre uniforme, sino que es ma-

yor en su origen. Terminan la mayora de ellas en arborizaciones, que le dan un aspecto caracterstico. Su longitud es menor que la de un axn y en el sen- tido fisiolgico conduce el impulso nervioso hacia el cuerpo celular. (celulpeto).

c) Cilindroeje o axn

Se origina del cuerpo celular por una zona que

se denomina cono de arranque o montculo axnico, casi siempre hay uno, es ms largo y delgado que la

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

Los axones son las lneas de comunicacin del

sistema nervioso y a lo largo de ellos viajan impulsos elctricos portadores de mensajes, desde una parte del cuerpo a otra. A veces se los compara con los cables elctricos, pero no transportan la energa elctrica 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 axn un impulso se desplaza solamente unos metros por segundo. Adems lo hace en sentido celulfugo.

Fibra Nerviosa

Se conoce con este nombre a todo elemento

largo y delgado que tiene la propiedad de conducir o transmitir estmulos o sensaciones. La fibra nerviosa en su origen constituye el axn o neurito de la clula nerviosa.

Fig. 9.- Representacin esquemtica de la fibra nerviosa y sus envolturas.

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Neurociencias I

Fig. 10.- Formacin de la vaina de mielina por el Lemnocito o clula de Schwan

La fibra nerviosa tiene aspecto diferente segn su contenido de mielina y vaina de Schwann (Fig. 9). De esta manera la clasificacin clsica de las fibras nerviosas se basa en la presencia o ausencia de vainas que rodean al axn.

La Mielinizacin

Empieza a comienzos del cuarto mes y no se ha completado cuando el nio nace; algunas fibras se mieli- nizan 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 ms intensamente durante el perodo de crecimiento. La mielina no es ne- cesaria para que la fibra conduzca impulsos nerviosos, pero, si es necesaria para que las fibras conduzcan los impulsos suficientemente bien para permitir que los msculos efecten movimientos delicados y precisos.

No obstante, al nacer, las clulas nerviosas se

hallan an incompletamente desarrolladas y su creci- miento se prolonga hasta os 25 aos aproximadamente. La maduracin psquica de la juventud est ligada no al aumento del nmero de neuronas, sino a la extensin y prolongacin de sus dendritas y axones. Las clulas lle- gan entonces a la edad adulta.

Por esta razn, el tejido nervioso presenta una

estrecha relacin con el comportamiento del individuo, y, puesto que su organizacin se sucede en el tiempo y en el espacio, no es de extraar que en sus estructuras aparezcan estratos o niveles, en correspondencia con los de la conducta o comportamiento.

El neurlogo britnico J. H. Jackson (1835 1911),

formul la siguiente ley para el sistema nervioso:

Las funciones nerviosas son las ltimas que se desarrollan y las primeras que se destruyen

Mielina.- Es una sustancia grasosa inerte, contiene colesterol, fosfolpidos y otros componentes. La mielinizacin suele iniciarse cerca del cuerpo neu- ronal y prosigue a lo largo del axn hacia su termina- cin.

Neurilema o Vaina de Schwann.- Constituye

la cubierta externa de la fibra nerviosa, se forma a partir del Lemnocito de Schwan que se enrolla alre- dedor del axn (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 nervio- sas hay una capa de mielina entre la fibra nerviosa y el neurilema (fibras mielnicas). Otras en cambio tie- nen muy poca mielina (fibras mielnicas).

Ndulos de Ranvier.- En este sitio la mem-

brana del axn queda libremente expuesta al lquido tisular, por lo tanto, los electrolitos, pueden intervenir en la despolarizacin de la membrana, con la que llegamos a la conclusin que los nudos de Ranvier juegan un papel muy importante en la transmisin del impulso nervioso (Teora saltatoria de la transmi- sin del impulso).

La mielina procede del Lemnocito de Schwan

El impulso nervioso

La conduccin nerviosa est asociada con

fenmenos elctricos. La diferencia en la cantidad de carga elctrica entre una regin de carga positiva y una regin de carga negativa se llama potencial elctrico. Casi todas las membranas plasmticas tienen una diferencia de potencial elctrico -el poten- cial de membrana en el que el lado interno de la membrana es negativo respecto al lado externo.

El interior de la membrana est cargado ne-

gativamente 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 esquemtico del intercambio de iones a travs de la membrana plasmtica neuronal en estado de reposo

Cuando el axn es estimulado, el interior se carga positivamente con relacin al exterior. Esta inversin de la polaridad se denomina potencial de accin. El potencial de accin que viaja a lo largo de la membrana constituye el impulso nervioso.

El potencial de accin depende del potencial

elctrico neuronal, que, a su vez, es posible por las diferencias en la concentracin inica a cada lado de la membrana. En los axones, las diferencias crticas de concentracin involucran iones potasio (K+) e iones sodio (Na+).

La distribucin de los iones a ambos lados de

la membrana es caracterstica y es gobernada por tres factores:

1) La difusin de partculas a favor de un gra-

diente de concentracin 2) La atraccin de partculas con cargas opues-

tas y la repulsin de partculas con cargas iguales y

3) Las propiedades de la propia membrana.

La bicapa lipdica de la membrana del axn es impermeable a los iones y a la mayora de las molculas, por lo que el movimiento de partculas a travs de la membrana depende de protenas cana- les que las partculas pueden atravesar por difusin facilitada o por transporte activo. Los iones son es- pecficos, particularmente Na+ y K+. Otro rasgo signifi- cativo de la membrana del axn es la presencia de una protena -la bomba de sodio-potasio- que bom- bea iones Na+ hacia afuera del axn e iones K+ hacia adentro.

En la bicapa lipdica del axn hay protenas

integrales de membrana que actan como canales, por los que los iones K+ y Na+ se pueden desplazar entre el citoplasma de los axones y el lquido intersti-

cial externo. Estos canales permanecen siempre abiertos, y durante el estado de reposo permiten la difusin de los iones hacia adentro y hacia fuera del axn siguiendo su gradiente de concentracin.

Al mismo tiempo, la bomba Na+/ K+ bombea 3

iones Na+ hacia fuera del axn por cada 2 iones K+ bombeados hacia adentro. La concentracin de iones K+ es mucho mayor en el citoplasma celular que en el lquido intersticial. Por lo tanto, los iones K+ difunden hacia fuera del axn a travs de los canales de K+, a favor de su gradiente de concentracin. Los iones ms grandes, cargados negativamente, no pueden acompaar a los iones K+ en su camino hacia fuera del axn. Esto da como resultado una diferencia de potencial estable de alrededor de -70 mv que pueden medirse a travs de la membrana ya que el interior es negativo en relacin al exterior (Fig. 11). La membra- na axnica est polarizada, el interior es ms negati- vo que el exterior, lo que determina el potencial de reposo.

Cuando una clula nerviosa es excitada (es-

timulada) por un medio elctrico, mecnico o qumico, ocurre un rpido cambio de permeabilidad de la membrana a los iones de Na+, estos iones difunden desde el lquido tisular a travs de la membrana plasmtica hacia el citoplasma celular y la bomba de Na+ y K+ se desactiva. Esto induce a que la membra- na se despolarice progresivamente. La sbita entrada de iones Na+ seguida por la polaridad alterada produ- ce determinado potencial de accin 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 as el rea localizada de la clula retorna al estado de reposo.

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Neurociencias I

Fig. 12.- Grafico esquemtico del intercambio de iones a travs de la membrana plasmtica neuronal, se observauna inversin del flujo para el ion K+ e Inactivacin de la bomba de Na+ y K+, durante un potencial de accin

Una vez generado el potencial de accin se propaga por la membrana plasmtica, alejndose del sitio de iniciacin y es conducido a lo largo del axn como impulso nervioso (Fig.13).

Un aspecto importante del impulso nervioso

es que, una vez iniciado, la inversin transitoria de la polaridad contina movindose a lo largo del axn, el potencial de accin se autopropaga porque en su pico, cuando el interior de la membrana en la regin activa es comparativamente positivo, los iones carga- dos positivamente se mueven desde esta regin al rea adyacente dentro del axn, que todava es com- parativamente negativa. Como resultado, el rea ad- yacente se despolariza o, sea, se hace menos negati- va. Esta despolarizacin abre los canales de Na+ activos, que permiten que los iones Na+ entren preci- pitadamente. El incremento resultante en la concen- tracin interna de iones Na+ despolariza la siguiente rea contigua de la membrana, haciendo que sus canales inicos de Na+ se abran y permitiendo que el proceso se repita. Como consecuencia de este pro- ceso, el axn es capaz de conducir un impulso ner- vioso a una distancia considerable sin que cambie en absoluto la intensidad.

El impulso nervioso se mueve en una sola di-

reccin, y ningn otro estimulo puede provocar otro potencial de accin, hasta que el primero no haya terminado de pasar por todo el axn (ley del todo o nada). La duracin de este estado no excitable se denomina: perodo refractario.

Conduccin en los Nervios Perifricos

En las fibras amielnicas, el potencial de ac-

cin se desplaza en forma continua a lo largo del axolema excitando progresivamente las reas vecinas de la membrana.

En las fibras mielnicas, la presencia de la vaina sirve como aislante. En consecuencia una fibra nerviosa mielnica slo puede ser estimulada en los nodos de Ranvier, donde el axn est desnudo y los iones pueden pasar libremente a travs de la mem- brana plasmtica. Estos saltos de potencial de accin de un nodo al siguiente se denominan conduccin saltatoria. Este mecanismo es ms rpido que el hallado en las fibras amielnicas (120 m/s en compa- racin con 0,5 m/s).

Fig. 13.- Cambios inicos de la membrana neuronal durante la transmisin del impulso nervioso.

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Neurociencias I

Sinapsis

La funcin de la neurona es la comunicacin y la funcin del SN es generar un comportamiento, ambos en virtud de las conexiones nter neuronales. Una neurona ejerce su influencia para excitar a otras neuronas mediante los puntos de unin o sinapsis. Una sinapsis es la unin especializada en la cual una terminal de un axn contacta con otra neurona o tipo de clula. El axn y la dendrita nunca se tocan. Siempre hay un pequeo vaco llamado hendidura sinptica. La direccin normal del flujo de informa- cin se produce desde la terminal del axn hasta la neurona diana. A la neurona que libera el neuro- transmisor se le llama neurona presinptica. A la neurona receptora de la seal se le llama neurona postsinptica.

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 neu- ronas son capaces de enviar estmulos varias veces por segundo.

Clases de sinapsis

Sinapsis del SNC. En el SNC, los diferentes tipos de sinapsis pueden distinguirse mediante la parte de la neurona que es postsinptica a la termi- nal del axn. Si la membrana postsinptica se en- cuentra en una dendrita, se dice que la sinapsis es axodendrtica. Si la membrana postsinptica se en-

cuentra en el cuerpo celular, se dice que la sinapsis es axosomtica. En algunos casos, la membrana postsinptica se encuentra en otro axn y estas si- napsis se denominan axoaxnicas. En algunas neu- ronas especializadas, las dendritas en realidad for- man sinapsis entre s y reciben el nombre de sinap- sis dendrodendrticas (Fig. 1).

Unin neuromuscular. Las sinapsis qumicas tambin se producen entre los axones de las neuro- nas motoras de la mdula espinal y del msculo esqueltico. Est sinapsis tambin recibe el nombre de unin neuromuscular y posee muchas de las ca- ractersticas estructurales de las sinapsis qumicas del SNC.

Las sinapsis suelen clasificarse en dos tipos

segn la transmisin del impulso: sinapsis qumica y sinapsis elctrica.

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

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Neurociencias I

Sinapsis Elctricas

La mayor parte de sinapsis de los mamferos

son qumicas, pero existe una forma de sinapsis elctrica muy simple y antigua desde un punto de vista evolutivo que permite la transmisin directa de una corriente inica de una clula a otra. Las sinap- sis elctricas se producen en sitios especializados denominados espacios de interconexin, la mem- brana presinptica y la postsinptica slo estn se- paradas 3nm y este estrecho espacio esta recubierto de protenas especiales denominadas conexones (Fig. 2). Los conexones forman canales que permi- tan que los iones y el agua pasen directamente al citoplasma de una clula al de otra.

Sinapsis Qumicas

Como norma, la transmisin sinptica en el sistema nervioso humano maduro es qumica, de modo que ahora nos centraremos exclusivamente en las sinapsis qumicas. Antes de describir sus diferen- tes tipos, examinaremos algunas de sus caractersti- cas universales.

Fig. 3.- Elementos de las sinapsis qumicas

Fig. 2.- Elementos de las sinapsis elctricas

Puesto que la corriente elctrica puede atra- vesar estos canales, se dice que las clulas conec- tadas por espacios de interconexin estn acopladas electrotnicamente. El poro del canal formado por los conexones es uno de los poros conocidos de mayor tamao. Su dimetro es aproximadamente de 2nm, lo bastante grande como para que puedan atravesar- lo todos los iones celulares importantes y numerosas molculas orgnicas pequeas.

La transmisin en la sinapsis elctrica es

muy rpida y, en muchos casos, infalible. Por consi- guiente, un potencial de accin en la neurona pre- sinptica puede producir, casi instantneamente, un potencial de accin en la neurona postsinptica.

Cada unin sinptica est formada por una parte de una neurona (terminal sinptico) que conduce un impulso a la sinapsis y por otra, de otra neurona (estructura post- sinptica) que recibe el impulso en la sinap- sis (Barr, 1994).

La membrana presinptica y la postsinptica en la sinapsis qumica estn separadas por una hen- didura sinptica cuya anchura es de 20 50 nm, 10 veces la anchura de la separacin de los espacios de interconexin (Fig. 3). La hendidura est llena de una matriz de una protena extracelular fibrosa que une entre s la membrana presinptica y la post- sinptica. El lado presinptico de la sinapsis, tambin denominado elemento presinptico, suele ser una terminal de un axn (botn terminal). La terminal tpicamente contiene docenas de pequeas esferas rodeadas por una membrana, de unos 50 nm de dimetro, denominadas vesculas sinpticas. Estas vesculas almacenan el neurotransmisor, la sustan- cia qumica utilizada para comunicarse con la neuro- na postsinptica. Numerosas terminales de axones tambin contienen vesculas de mayor tamao, de unos 100 nm de dimetro, denominadas grnulos de secrecin.

Principios de la Transmisin Sinptica Qumica

Consideremos las necesidades bsicas de la

transmisin sinptica qumica. Es preciso que exista un mecanismo para sintetizar y reponer el neuro- transmisor en las vesculas sinpticas, un mecanis- mo que provoque el vertido del contenido de las vesculas en la hendidura sinptica como respuesta a un potencial de accin presinptico, un mecanismo para producir una respuesta elctrica o bioqumica al neurotransmisor en la neurona postsinptica y un mecanismo para extraer el neurotransmisor de la hendidura sinptica. Y para que sea til para la sen- sacin, percepcin y control de los movimientos, todo esto ha de tener lugar muy rpidamente.

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Neurociencias I

Con razn los fisilogos inicialmente se mostra- ban escpticos respecto a la existencia de sinap- sis qumicas en el cerebro!

Por fortuna, gracias a varias dcadas de in- vestigacin sobre el tema, hemos adquirido numero- sos conocimientos sobre cmo se llevan a cabo tan eficientemente mucho de estos aspectos de la transmisin sinptica.

Sntesis y Almacenamiento de los Neurotransmisores

Algunos neurotransmisores, son producidos en el soma (cuerpo), empaquetados en las vesculas que migran a travs del axn mediante flujo axoplsmico por medio de los microtbulos hacia el terminal presinptico (botn terminal), donde se co- nocen con el nombre de vesculas sinpticas o grnulos de secrecin dependiendo de sus conteni- dos (neurotransmisores o pptidos).

Liberacin de los neurotransmisores

La liberacin de neurotransmisores est desencadenada por la llegada de un potencial de accin (impulso nervioso) a la terminal del axn. La despolarizacin de la membrana de la terminal pro- duce la abertura de los canales de calcio. El aumen- to consiguiente de la concentracin interna del cal- cio, [Ca++], es la seal, por la cual el neurotransmisor es liberado a partir de las vesculas sinpticas.

Las vesculas liberan su contenido mediante

un proceso que se denomina exocitosis. La mem- brana de la vescula sinptica se une con la mem- brana presinptica y permite que el contenido de la vescula se vace en la hendidura sinptica (Fig. 3-4).

Fig. 4.- Liberacin de los neurotransmisores en la hendidura sinptica

Unin del neurotransmisor con el receptor

Una vez liberado en la hendidura sinptica, los neurotransmisores (ej. acetilcolina), se desplazan hacia la membrana postsinptica, en esta membrana se encuentran protenas especializadas que tienen funcin receptora, a las cuales se unen. La unin del receptor con el neurotransmisor es especfica como la llave y la cerradura, es decir que cada neuro- transmisor se puede unir solo a un determinado re- ceptor (Fig. 5).

Fig. 5.- Unin de los neurotransmisores con los receptores

Fig. 3.- Las vesculas sinpticas se dirigen hacia la membrana presinptica por accin de la entrada de Ca++.

El neurocientfico del New York University Medi- cal Center, Rodolfo Llins, utilizando una si- napsis gigante del sistema nervioso del cala- mar, puso de manifiesto que la exocitosis puede ocurrir con mucha rapidez, al cabo de 0,2 mseg de la entrada de Ca2+ en la terminal.

Despus de realizado el acople entre el re- ceptor y el neurotransmisor se desencadenan una serie de fenmenos bioqumicos en la membrana postsinptica que ocasionan su despolarizacin, entre los cambios ms importantes tenemos:

Inactivacin de la bomba de Sodio (Na+) y Pota-

sio (K+) Entrada del Na+ y salida del K+ del interior de la

clula

Eliminacin e inactivacin de los neurotransmisores

Una vez ocurrida la despolarizacin de la membrana postsinptica y por consiguiente el exito- so 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. acetilcoli- nesterasa) que los inactivan (destruyndolos) trans- formndolos en sustancias sin capacidad de producir una nueva despolarizacin de la membrana. Algu- nas de estas sustancias en que se divide el neuro- transmisor por accin de las enzimas, es recaptada por la neurona presinptica para a partir de ellas sintetizar nuevos neurotransmisores.

De esta manera la membrana postsinptica

vuelve a su estado de reposo que tena antes que el neurotransmisor se una con el receptor y pueda es- tar lista para la llegada de un nuevo impulso nervio- so, esto se conoce como repolarizacin, y se pro- duce por:

Reactivacin de la bomba de Sodio (Na+) y Po-

tasio (K+) Salida del Na+ y entrada del K+ al interior de la

clula

Es importante recordar que ningn nuevo es- timulo (impulso nervioso) puede despolarizar la membrana neuronal mientras el estmulo anterior no haya pasado completamente, es decir mientras no haya vuelto a su estado inicial de reposo (Ley del todo o nada)

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Neurociencias I

Fig. 1.- Representacin artstica de los neurotransmisores viajando por la hendidura sinptica

Neurotransmisores

La comunicacin entre las neuronas de las vas y circuitos neurales ocurre por la liberacin en la sinapsis de mensajeros qumicos llamados neuro- transmisores (Fig. 1). Para que una sustancia se reconozca como neurotransmisor debe:

1. Sintetizarse en la neurona 2. Localizarse en la terminal presinptica 3. Ser liberada en la hendidura sinptica 4. Unirse con un sitio receptor en la membrana

postsinptica de otra neurona o efector donde al- tera los canales inicos (provocar una respuesta)

5. Removerse por un mecanismo especfico de su sitio de accin.

Se han identificado ms de 20 sustancias

como neurotransmisores. Estos se clasifican en:

a) Pequeas molculas transmisoras. b) Pptidos neuroactivos.

Las primeras, todas las cuales son aminas,

son de tres tipos:

a) Acetilcolina, el nico transmisor de bajo peso molecular no derivado de un aminocido.

b) Cuatro aminas biognicas (monoaminas), entre las que se encuentran las tres catecolaminas: dopamina, noradrenalina (norepinefrina) y adre- nalina (epinefrina) (todas derivadas del amino- cido tirosina), as como la indolamina serotonina que se deriva del aminocido triptfano.

c) Tres aminocidos, cido gammaaminobutrico (GABA), glicina y glutamato. En un medio en- zimtico apropiado, la dopamina puede conver-

tirse en noradrenalina y est ltima en adrenali- na.

De entre los numerosos pptidos neuroacti-

vos se incluyen neurotransmisores putativos como:

a) Pptidos opioides b) Hormonas y pptidos asociados con el hipotla-

mo y glndula pituitaria c) Sustancia P, al igual que muchos otros.

Las pequeas molculas transmisoras se

sintetizan a partir de molculas distribuidas en mu- chas regiones de la neurona, incluso las terminales nerviosas. La mayora de las neuronas produce slo un neurotransmisor, el cual libera en cada una de sus sinapsis. Es posible que algunas neuronas libe- ren dos neurotransmisores; uno de stos es una molcula pequea y el otro un pptido neuroactivo.

Acetilcolina

Es sintetizado por la enzima acetilcolintrans-

ferasa a partir de la Acetil coenzima A y la colina, y degradado por la enzima acetilcolinesterasa (colina y acetato), en la hendidura sinptica. Ambas enzi- mas se sintetizan en el cuerpo celular de la neurona y la acetilcolina en las terminales nerviosas.

Sistema nervioso perifrico (SNP)

La acetilcolina es el principal neurotransmi-

sor liberado por las neuronas del SNP. Tales neuro- nas colinrgicas comprenden:

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a) Las motoneuronas inferiores