¿Cómo funcionan las neuronas?

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Las células nerviosas, o neuronas, son las unidades funcionales básicas del sistema nervioso. Múltiples neuronas interconectadas forman un circuito neuronal y usan señales eléctricas y químicas para transmitir información rápidamente a través de un organismo. El sistema nervioso se divide ampliamente en dos secciones: el sistema nervioso central (SNC) y el sistema nervioso periférico (SNP). El SNC está formado por el cerebro y la médula espinal, mientras que el SNP incluye neuronas que se ramifican desde el SNC y se conectan con el resto del cuerpo. En general, las neuronas del SNP reciben y transmiten señales al cuerpo, mientras que las neuronas del SNC analizan la información.

tipos de neuronas Neuronas sensoriales Los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales están ubicados en los ganglios de la raíz dorsal (grupos de cuerpos celulares justo fuera de la médula espinal), mientras que sus extensiones periféricas viajan por todo el cuerpo. Específicamente, las neuronas sensoriales son activadas por una entrada sensorial a través de receptores externos e internos específicos. Los receptores externos responden a estímulos fuera del cuerpo e incluyen receptores olfativos, receptores del gusto, fotorreceptores, receptores del cabello coclear, termorreceptores y mecanorreceptores. Los receptores internos responden a los cambios dentro del cuerpo. Por ejemplo, pueden detectar cambios en las propiedades químicas de la sangre o responder a estímulos potencialmente dañinos provocando la percepción del dolor.1

Neuronas motoras El cuerpo celular de una neurona motora también suele estar ubicado en la médula espinal o en el tronco encefálico con proyecciones que interactúan con órganos como músculos y glándulas. Las neuronas motoras superiores generalmente comienzan en la corteza motora del cerebro e interactúan con las interneuronas espinales para iniciar los circuitos neuronales que generan el movimiento. Las neuronas motoras inferiores se originan en la médula espinal y controlan directa o indirectamente el movimiento voluntario de ciertos objetivos, como los músculos, los ojos, la cara y la lengua.1

Interneuronas Las interneuronas, también conocidas como neuronas de relevo, conectan múltiples regiones del sistema nervioso. Las interneuronas son los nodos centrales de los circuitos neuronales y permiten la comunicación entre las neuronas sensoriales, las neuronas motoras y el SNC. Esta categoría comprende la mayor variedad de neuronas, que están involucradas en el procesamiento de muchos tipos diferentes de información, como reflejos, aprendizaje y toma de decisiones. Las interneuronas se localizan exclusivamente en el cerebro y la médula espinal.1

Anatomía de la neurona

Las neuronas están compuestas por un cuerpo celular que contiene el núcleo, dendritas que reciben señales químicas, eléctricas o de otro tipo a través de receptores o a través de uniones comunicantes (conexiones directas entre dos membranas), axones que propagan potenciales de acción (ver más abajo) desencadenados por señales de las dendritas, y vainas de mielina que rodean el axón que aceleran la propagación del potencial de acción.

Las neuronas también se pueden clasificar por su estructura básica. Las neuronas unipolares tienen un proceso nervioso que actúa como un axón y una dendrita, mientras que las neuronas bipolares tienen un solo axón y una sola dendrita. Las neuronas multipolares tienen un solo axón y múltiples dendritas. Son las neuronas más comunes que se encuentran en los cuerpos de los mamíferos.

Función de la neurona Sinapsis Las sinapsis neuronales son uniones entre neuronas que permiten la comunicación neuronal. Las sinapsis vienen en dos formas diferentes: química y eléctrica.2

Las sinapsis químicas se comunican mediante la liberación de neurotransmisores, moléculas de señalización que se almacenan y liberan de las neuronas a través de vesículas sinápticas en respuesta a potenciales de acción y canales de calcio dependientes de voltaje. Una vez que atraviesan la brecha entre las neuronas (hendidura sináptica), los neurotransmisores interactúan con los receptores inhibidores o excitatorios en la célula receptora para generar señales inhibidoras o excitatorias. Los investigadores han identificado más de 100 tipos de neurotransmisores; los más comunes incluyen glutamato, acetilcolina, glicina, norepinefrina, serotonina, dopamina y ácido gamma-aminobutírico (GABA).3

Las sinapsis eléctricas son menos comunes que las sinapsis químicas y se encuentran principalmente en el SNC. La hendidura sináptica en una sinapsis eléctrica es mucho más pequeña, lo que hace posible que las neuronas pasen corrientes de iones directamente a través de uniones comunicantes. Por esta razón, las sinapsis eléctricas funcionan más rápido que las químicas y permiten que los impulsos viajen en cualquier dirección dentro de la neurona. Sin embargo, debido a que no utilizan neurotransmisores, las sinapsis eléctricas son menos modificables que las químicas.4

Potenciales de acción Por lo general, las neuronas comparten información mediante la producción de eventos eléctricos llamados potenciales de acción, también conocidos como impulsos nerviosos, que implican cambios rápidos de voltaje a través de su membrana. Cuando la dendrita o el cuerpo celular de una neurona recibe suficientes entradas de otras neuronas a través de sinapsis químicas o eléctricas y se supera un umbral particular para esa neurona, la neurona se activa para enviar un potencial de acción a través de su axón. En general, los potenciales de acción son señales de todo o nada porque su respuesta suele ser de la misma amplitud y duración. La fuerza y ​​duración de un estímulo determina la frecuencia de los potenciales de acción producidos. Cuanto más fuerte es un estímulo y más dura, mayor es la frecuencia del potencial de acción, lo que da como resultado que se transmita más información a lo largo del circuito neural. Por ejemplo, un estímulo sonoro más fuerte activará un mayor número de potenciales de acción5,6.

Un potencial de acción pasa por tres fases después de un evento desencadenante: despolarización, repolarización e hiperpolarización. En el estado de reposo, cuando no está enviando una señal, la membrana de una neurona está polarizada, con el interior de la célula cargado más negativamente que el exterior (potencial de membrana negativo). Hay una mayor concentración de iones de sodio fuera de la célula y una mayor concentración de iones de potasio dentro de la célula. Abrir y cerrar los canales iónicos cambia el potencial de membrana. Cuando se activa la neurona, activa los canales de sodio dependientes de voltaje al comienzo del axón. Esto provoca una entrada de iones de sodio positivos en la célula, elevando el voltaje y despolarizando la membrana. A medida que aumenta el voltaje a lo largo del axón, se abren canales de sodio adicionales que propagan la señal. La vaina de mielina hecha de proteínas y sustancias grasas rodea los axones de ciertas células nerviosas y actúa como aislante, permitiendo que los potenciales de acción se muevan más rápidamente por el axón. La repolarización ocurre una vez que el potencial de membrana alcanza un cierto voltaje positivo. En este punto, los canales de sodio se cierran y los canales de potasio se abren, lo que permite la salida de iones de potasio positivos y, por lo tanto, el retorno a un estado de reposo de membrana negativo. Finalmente, durante la hiperpolarización, a medida que los iones de potasio positivos continúan saliendo de la célula, el potencial de membrana de la neurona se vuelve más negativo que en el estado de reposo. Este es el estado refractario, que limita la frecuencia con la que se pueden regenerar los potenciales de acción y, al mismo tiempo, garantiza que se muevan en una sola dirección a lo largo del axón. Después de esto, los canales de potasio finalmente se cierran y permiten que la neurona regrese al potencial de membrana en reposo.5,6

Neuronas y enfermedad NeurodegeneraciónLa enfermedad neurodegenerativa es compleja y casi cualquier componente de la función neuronal puede estar involucrado en el proceso neurodegenerativo, incluida la disfunción de las sinapsis o los circuitos neuronales, así como la destrucción de la mielina. La esclerosis múltiple, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad priónica, la enfermedad de Huntington, la atrofia muscular espinal y la ataxia espinocerebelosa se encuentran entre las enfermedades neurodegenerativas más comunes. Estos trastornos afectan a millones de personas en todo el mundo y provocan una disminución de la capacidad para realizar tareas básicas y complejas, como el habla, el movimiento y la cognición.7

Las enfermedades de las neuronas motoras son una forma de neurodegeneración que es específica de las neuronas que controlan las actividades musculares, como hablar, caminar, respirar y tragar. Las enfermedades comunes de las neuronas motoras incluyen la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la parálisis bulbar progresiva, la esclerosis lateral primaria y la atrofia muscular progresiva. Las interrupciones en las funciones de las neuronas motoras pueden causar un debilitamiento gradual de los músculos o espasmos que eventualmente conducen a la incapacidad de controlar los movimientos voluntarios.7

Otros trastornos basados ​​en neuronas Los trastornos neuronales pueden presentarse en formas adicionales. Los desencadenantes genéticos y ambientales pueden causar un desarrollo neuronal anormal, lo que lleva a trastornos como el síndrome de Down, el síndrome de X frágil (FXS), el síndrome de Rett y el autismo. Los cánceres en cualquier etapa durante el desarrollo o la edad adulta también pueden desarrollarse dentro de los tejidos neurales, así como en el tejido circundante, lo que resulta en una disfunción cerebral general, que incluye convulsiones, debilidad muscular, defectos del campo visual o cambios repentinos en la personalidad. Finalmente, varios patógenos pueden infectar las neuronas o afectarlas con sus toxinas, incluidos Clostridium botulinum (toxina botulínica), Clostridium tetani (toxina tetánica), poliovirus y virus de la rabia.8

Trastornos del estado de ánimo Los principales tipos de trastornos del estado de ánimo incluyen la depresión mayor, la distimia (trastorno distímico), el trastorno bipolar, el trastorno del estado de ánimo como consecuencia de una afección médica y el trastorno del estado de ánimo inducido por sustancias. Si bien se desconoce mucho sobre la función neuronal y los trastornos del estado de ánimo, los investigadores han descubierto que las enfermedades depresivas están asociadas con la pérdida neuronal específica de la región y la retracción de las dendritas, lo que conduce a cambios en la actividad sináptica. Estos dan como resultado desequilibrios de neurotransmisores que están específicamente involucrados en la recompensa, el estado de ánimo y la emoción.9

Referencias