3.3: Células del Sistema Nervioso
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Objetivos de aprendizaje
- Identificar las partes básicas de una neurona
- Describir cómo las neuronas se comunican entre sí
- Explicar cómo los fármacos actúan como agonistas o antagonistas de un determinado sistema neurotransmisor
Los psicólogos que se esfuerzan por comprender la mente humana pueden estudiar el sistema nervioso. Aprender cómo funcionan las células y los órganos (como el cerebro), nos ayuda a comprender la base biológica detrás de la psicología humana. El sistema nervioso está compuesto por dos tipos básicos de células: las células gliales (también conocidas como glía) y las neuronas. Tradicionalmente se piensa que las células gliales, que superan en número a las neuronas diez a una, desempeñan un papel de apoyo a las neuronas, tanto física como metabólicamente. Las células gliales proporcionan andamios sobre los que se construye el sistema nervioso, ayudan a que las neuronas se alineen estrechamente entre sí para permitir la comunicación neuronal, proporcionar aislamiento a las neuronas, transportar nutrientes y productos de desecho, y mediar en las respuestas inmunitarias. Las neuronas, por otro lado, sirven como procesadores de información interconectados que son esenciales para todas las tareas del sistema nervioso. En esta sección se describe brevemente la estructura y función de las neuronas.
Estructura de la neurona
Las neuronas son los bloques centrales del sistema nervioso,\(100\) mil millones fuertes al nacer. Como todas las células, las neuronas constan de varias partes diferentes, cada una de las cuales cumple una función especializada. La superficie externa de una neurona está formada por una membrana semipermeable. Esta membrana permite que moléculas más pequeñas y moléculas sin carga eléctrica pasen a través de ella, al tiempo que detiene moléculas más grandes o altamente cargadas.
El núcleo de la neurona se localiza en el soma, o cuerpo celular. El soma tiene extensiones ramificadas conocidas como dendritas. La neurona es un pequeño procesador de información, y las dendritas sirven como sitios de entrada donde se reciben señales de otras neuronas. Estas señales se transmiten eléctricamente a través del soma y bajando por una extensión importante desde el soma conocido como axón, que termina en múltiples botones terminales. Los botones terminales contienen vesículas sinápticas que albergan neurotransmisores, los mensajeros químicos del sistema nervioso.
Los axones varían en longitud desde una fracción de pulgada hasta varios pies. En algunos axones, las células gliales forman una sustancia grasa conocida como vaina de mielina, que recubre el axón y actúa como aislante, aumentando la velocidad a la que viaja la señal. La vaina de mielina es crucial para el funcionamiento normal de las neuronas dentro del sistema nervioso: la pérdida del aislamiento que proporciona puede ser perjudicial para la función normal. Para entender cómo funciona esto, consideremos un ejemplo. La esclerosis múltiple (EM), un trastorno autoinmune, implica una pérdida a gran escala de la vaina de mielina en axones en todo el sistema nervioso. La interferencia resultante en la señal eléctrica impide la rápida transmisión de información por las neuronas y puede provocar una serie de síntomas, como mareos, fatiga, pérdida de control motor y disfunción sexual. Si bien algunos tratamientos pueden ayudar a modificar el curso de la enfermedad y manejar ciertos síntomas, actualmente no existe una cura conocida para la esclerosis múltiple.
En individuos sanos, la señal neuronal se mueve rápidamente por el axón hasta los botones terminales, donde las vesículas sinápticas liberan neurotransmisores en la sinapsis. La sinapsis es un espacio muy pequeño entre dos neuronas y es un sitio importante donde se produce la comunicación entre neuronas. Una vez que los neurotransmisores se liberan en la sinapsis, viajan a través del pequeño espacio y se unen con los receptores correspondientes en la dendrita de una neurona adyacente. Los receptores, proteínas en la superficie celular donde se unen los neurotransmisores, varían en forma, con diferentes formas “emparejando” diferentes neurotransmisores.
¿Cómo “sabe” un neurotransmisor a qué receptor unirse? El neurotransmisor y el receptor tienen lo que se conoce como una relación de cerradura y llave: los neurotransmisores específicos se ajustan a receptores específicos de manera similar a cómo una llave se ajusta a una cerradura. El neurotransmisor se une a cualquier receptor que encaje.
Comunicación Neuronal
Ahora que hemos aprendido sobre las estructuras básicas de la neurona y el papel que estas estructuras juegan en la comunicación neuronal, echemos un vistazo más de cerca a la propia señal, cómo se mueve a través de la neurona y luego salta a la siguiente neurona, donde se repite el proceso.
Comenzamos en la membrana neuronal. La neurona existe en un ambiente fluido, está rodeada de líquido extracelular y contiene líquido intracelular (es decir, citoplasma). La membrana neuronal mantiene estos dos fluidos separados, un papel crítico porque la señal eléctrica que pasa a través de la neurona depende de que los fluidos intra y extracelulares sean eléctricamente diferentes. Esta diferencia de carga a través de la membrana, llamada potencial de membrana, proporciona energía para la señal.
La carga eléctrica de los fluidos es causada por moléculas cargadas (iones) disueltas en el fluido. La naturaleza semipermeable de la membrana neuronal restringe un poco el movimiento de estas moléculas cargadas y, como resultado, algunas de las partículas cargadas tienden a concentrarse más dentro o fuera de la célula.
Entre señales, el potencial de la membrana neuronal se mantiene en un estado de preparación, llamado potencial de reposo. Como una banda elástica estirada y esperando que entre en acción, los iones se alinean a ambos lados de la membrana celular, listos para precipitarse a través de la membrana cuando la neurona se activa y la membrana abre sus puertas (es decir, una bomba de sodio-potasio que permite el movimiento de iones a través del membrana). Los iones en áreas de alta concentración están listos para moverse a áreas de baja concentración, y los iones positivos están listos para moverse a áreas con una carga negativa.
En estado de reposo, el sodio (\(Na^+\)) se encuentra en mayores concentraciones fuera de la célula, por lo que tenderá a moverse hacia la célula. El potasio (\(K^+\)), por otro lado, está más concentrado dentro de la célula, y tenderá a moverse fuera de la célula. Además, el interior de la celda está ligeramente cargado negativamente en comparación con el exterior. Esto proporciona una fuerza adicional sobre el sodio, lo que hace que se mueva hacia la celda.
A partir de este estado potencial de reposo, la neurona recibe una señal y su estado cambia abruptamente. Cuando una neurona recibe señales en las dendritas, debido a que los neurotransmisores de una neurona adyacente se unen a sus receptores, pequeños poros, o puertas, se abren en la membrana neuronal, permitiendo que\(Na^+\) los iones, impulsados por diferencias de carga y concentración, se muevan hacia la célula. Con esta afluencia de iones positivos, la carga interna de la célula se vuelve más positiva. Si esa carga alcanza cierto nivel, llamado umbral de excitación, la neurona se activa y comienza el potencial de acción.
Muchos poros adicionales se abren, causando una afluencia masiva de\(Na^+\) iones y un enorme pico positivo en el potencial de la membrana, el potencial de acción pico. En el pico del pico, las compuertas de sodio se cierran y las puertas de potasio se abren. A medida que los iones de potasio cargados positivamente se van, la célula comienza rápidamente la repolarización. Al principio, se hiperpolariza, volviéndose ligeramente más negativo que el potencial de reposo, y luego se nivela, volviendo al potencial de reposo.
Este pico positivo constituye el potencial de acción: la señal eléctrica que normalmente se mueve desde el cuerpo celular por el axón hasta los terminales del axón. La señal eléctrica se mueve hacia abajo del axón como una onda; en cada punto, algunos de los iones de sodio que ingresan a la célula se difunden a la siguiente sección del axón, elevando la carga más allá del umbral de excitación y desencadenando una nueva afluencia de iones de sodio. El potencial de acción se mueve por todo el axón hasta los botones del terminal.
El potencial de acción es un fenómeno de todo o ninguno. En términos simples, esto significa que una señal entrante de otra neurona es suficiente o insuficiente para alcanzar el umbral de excitación. No hay ningún intermedio, y no hay desactivación de un potencial de acción una vez que comienza. Piense en ello como enviar un correo electrónico o un mensaje de texto. Puedes pensar en enviarlo todo lo que quieras, pero el mensaje no se envía hasta que presionas el botón de enviar. Además, una vez que envías el mensaje, no hay que detenerlo.
Debido a que es todo o ninguno, el potencial de acción se recrea, o se propaga, con toda su fuerza en cada punto a lo largo del axón. Al igual que la mecha encendida de un petardo, no se desvanece mientras viaja por el axón. Es esta propiedad de todo o ninguno la que explica el hecho de que tu cerebro percibe una lesión en una parte distante del cuerpo como tu dedo del pie tan dolorosa como una en tu nariz.
Como se señaló anteriormente, cuando el potencial de acción llega al botón terminal, las vesículas sinápticas liberan sus neurotransmisores en la sinapsis. Los neurotransmisores viajan a través de la sinapsis y se unen a receptores en las dendritas de la neurona adyacente, y el proceso se repite en la nueva neurona (asumiendo que la señal es lo suficientemente fuerte como para desencadenar un potencial de acción). Una vez que se entrega la señal, el exceso de neurotransmisores en la sinapsis se aleja, se descompone en fragmentos inactivos o se reabsorbe en un proceso conocido como recaptación. La recaptación implica que el neurotransmisor sea bombeado de nuevo a la neurona que lo liberó, con el fin de despejar la sinapsis. La eliminación de la sinapsis sirve tanto para proporcionar un estado claro de “encendido” y “apagado” entre las señales como para regular la producción de neurotransmisores (las vesículas sinápticas completas proporcionan señales de que no es necesario producir neurotransmisores adicionales).
La comunicación neuronal a menudo se conoce como un evento electroquímico. El movimiento del potencial de acción a lo largo del axón es un evento eléctrico, y el movimiento del neurotransmisor a través del espacio sináptico representa la porción química del proceso.
Neurotransmisores y fármacos
Existen varios tipos diferentes de neurotransmisores liberados por diferentes neuronas, y podemos hablar en términos amplios sobre los tipos de funciones asociadas a diferentes neurotransmisores (Tabla). Gran parte de lo que saben los psicólogos sobre las funciones de los neurotransmisores proviene de la investigación sobre los efectos de las drogas en los trastornos psicológicos. Los psicólogos que toman una perspectiva biológica y se enfocan en las causas fisiológicas de la conducta aseveran que los trastornos psicológicos como la depresión y la esquizofrenia están asociados con desequilibrios en uno o más sistemas neurotransmisores. En esta perspectiva, los medicamentos psicotrópicos pueden ayudar a mejorar los síntomas asociados a estos trastornos. Los medicamentos psicotrópicos son medicamentos que tratan los síntomas psiquiátricos restaurando el equilibrio de los neurotransmisores.
| Neurotransmisor | Involucrados en | Efecto potencial sobre el comportamiento |
|---|---|---|
| Acetilcolina | Acción muscular, memoria | Aumento de la excitación, cognición mejorada |
| Beta-endorfina | Dolor, placer | Disminución de ansiedad, disminución de tensión |
| Dopamina | Estado de ánimo, sueño, aprendizaje | Mayor placer, apetito suprimido |
| Ácido gamma-aminobutírico (GABA) | Función cerebral, sueño | Disminución de ansiedad, disminución de tensión |
| Glutamato | Memoria, aprendizaje | Mayor aprendizaje, memoria mejorada |
| Norepinefrina | Corazón, intestinos, estado de alerta | Aumento de la excitación, supresión del apetito |
| Serotonina | Estado de ánimo, sueño | Estado de ánimo modulado, apetito suprimido |
Los fármacos psicoactivos pueden actuar como agonistas o antagonistas de un determinado sistema neurotransmisor. Los agonistas son sustancias químicas que imitan un neurotransmisor en el sitio receptor y, así, fortalecen sus efectos. Un antagonista, por otro lado, bloquea o impide la actividad normal de un neurotransmisor en el receptor. Se prescriben fármacos agonistas y antagonistas para corregir los desequilibrios específicos de neurotransmisores subyacentes a la condición de una persona. Por ejemplo, la enfermedad de Parkinson, un trastorno progresivo del sistema nervioso, se asocia con bajos niveles de dopamina. Por lo tanto, los agonistas de dopamina, que imitan los efectos de la dopamina al unirse a los receptores de dopamina, son una estrategia de tratamiento.
Ciertos síntomas de esquizofrenia están asociados con neurotransmisión hiperactiva de dopamina. Los antipsicóticos utilizados para tratar estos síntomas son antagonistas de la dopamina; bloquean los efectos de la dopamina al unirse a sus receptores sin activarlos. Así, evitan que la dopamina liberada por una neurona señale información a las neuronas adyacentes.
A diferencia de los agonistas y antagonistas, que operan uniéndose a sitios receptores, los inhibidores de la recaptación evitan que los neurotransmisores no utilizados sean transportados de regreso a la neurona. Esto deja más neurotransmisores en la sinapsis por más tiempo, aumentando sus efectos. La depresión, que se ha relacionado consistentemente con niveles reducidos de serotonina, se trata comúnmente con inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS). Al prevenir la recaptación, los ISRS fortalecen el efecto de la serotonina, dándole más tiempo para interactuar con los receptores de serotonina en las dendritas. Los ISRS comunes en el mercado hoy en día incluyen Prozac, Paxil y Zoloft. El medicamento LSD es estructuralmente muy similar a la serotonina, y afecta a las mismas neuronas y receptores que la serotonina. Los psicotrópicos no son soluciones instantáneas para las personas que padecen trastornos psicológicos. A menudo, un individuo debe tomar un medicamento durante varias semanas antes de ver mejoría, y muchas drogas psicoactivas tienen efectos secundarios negativos significativos. Además, los individuos varían drásticamente en la forma en que responden a los medicamentos. Para mejorar las posibilidades de éxito, no es raro que las personas que reciben farmacoterapia también se sometan a terapias psicológicas y/o conductuales. Algunas investigaciones sugieren que combinar la farmacoterapia con otras formas de terapia tiende a ser más eficaz que cualquier tratamiento solo (para uno de esos ejemplos, ver March et al., 2007).
Resumen
La glía y las neuronas son los dos tipos celulares que componen el sistema nervioso. Si bien la glía generalmente juega papeles de apoyo, la comunicación entre las neuronas es fundamental para todas las funciones asociadas con el sistema nervioso. La comunicación neuronal es posible gracias a las estructuras especializadas de la neurona. El soma contiene el núcleo celular, y las dendritas se extienden desde el soma en ramas arbóreas. El axón es otra extensión importante del cuerpo celular; los axones suelen estar cubiertos por una vaina de mielina, lo que aumenta la velocidad de transmisión de los impulsos neuronales. Al final del axón se encuentran botones terminales que contienen vesículas sinápticas llenas de neurotransmisores.
La comunicación neuronal es un evento electroquímico. Las dendritas contienen receptores para neurotransmisores liberados por neuronas cercanas. Si las señales recibidas de otras neuronas son suficientemente fuertes, un potencial de acción viajará por la longitud del axón hasta los botones terminales, resultando en la liberación de neurotransmisores en la sinapsis. Los potenciales de acción operan según el principio de todo o ninguno e implican el movimiento de Na + y K + a través de la membrana neuronal.
Diferentes neurotransmisores están asociados con diferentes funciones. A menudo, los trastornos psicológicos implican desequilibrios en un determinado sistema neurotransmisor. Por lo tanto, se prescriben fármacos psicotrópicos en un intento de recuperar el equilibrio de los neurotransmisores. Los fármacos pueden actuar como agonistas o como antagonistas de un sistema neurotransmisor dado.
Glosario
- potencial de acción
- señal eléctrica que se mueve hacia abajo del axón de la neurona
- agonista
- fármaco que imita o fortalece los efectos de un neurotransmisor
- todo-o-ninguno
- fenómeno de que la señal entrante de otra neurona es suficiente o insuficiente para alcanzar el umbral de excitación
- antagonista
- fármaco que bloquea o impide la actividad normal de un neurotransmisor dado
- axón
- mayor extensión del soma
- perspectiva biológica
- ver que los trastornos psicológicos como la depresión y la esquizofrenia están asociados con desequilibrios en uno o más sistemas neurotransmisores
- dendrita
- extensión similar a una rama del soma que recibe señales entrantes de otras neuronas
- célula glial
- célula del sistema nervioso que proporciona apoyo físico y metabólico a las neuronas, incluido el aislamiento y la comunicación neuronales, y el transporte de nutrientes y desechos
- potencial de membrana
- diferencia de carga a través de la membrana neuronal
- vaina de mielina
- sustancia grasa que aísla los axones
- neurona
- células en el sistema nervioso que actúan como procesadores de información interconectados, que son esenciales para todas las tareas del sistema nervioso
- neurotransmisor
- mensajero químico del sistema nervioso
- medicación psicotrópica
- medicamentos que tratan los síntomas psiquiátricos restaurando el equilibrio de los neurotransmisores
- receptor
- proteína en la superficie celular donde se unen los neurotransmisores
- potencial de descanso
- el estado de preparación del potencial de una membrana neuronal entre señales
- recaptación
- neurotransmisor se bombea de nuevo a la neurona que lo liberó
- membrana semipermeable
- membrana celular que permite que moléculas más pequeñas o moléculas sin carga eléctrica pasen a través de ella, al tiempo que detiene moléculas más grandes o altamente cargadas
- soma
- cuerpo celular
- sinapsis
- pequeña brecha entre dos neuronas donde se produce la comunicación
- vesícula sináptica
- sitio de almacenamiento para neurotransmisores
- botón de terminal
- axón terminal que contiene vesículas sinápticas
- umbral de excitación
- nivel de carga en la membrana que hace que la neurona se active