anatomia y fisiologia del sistema nervioso

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Anatomía y fisiología del Sistema Nervioso Introducción: Todos los sistemas de órganos de nuestro cuerpo se encuentran interconectados por los sistemas integradores. Éstos tienen bajo su responsabilidad la regulación, control y coordinación de todas las funciones orgánicas. Esta integración funcional está dada por dos sistemas altamente complejos: el sistema nervioso y el sistema endocrino. El sistema nervioso tiene a su cargo la función de integrar los distintos sistemas del organismo. Para esto, sus estructuras captan las variaciones de energía del medio ambiente externo e interno (estímulos), las analiza, las almacena en centros de memoria, las integra en centros nerviosos y elabora respuestas adecuadas que a través de estructuras nerviosas viajan hasta los órganos efectores. Para cumplir estas dos funciones, el sistema nervioso cuenta con dos propiedades: Excitabilidad (Irritabilidad): Es una propiedad celular, especialmente de aquellos que constituyen los llamados tejidos excitables, que son el tejido muscular y las células nerviosas. Consiste en un cambio en la diferencia de potencial bioeléctrico que existe normalmente entre el espacio intracelular y el extracelular. Todo esto se traduce en la capacidad de responder a los estímulos (irritabilidad) cuando se alcanza cierta intensidad umbral o mínima. Conductividad: Es la capacidad de las células de propagar un cambio de potencial desde un punto de estimulación a todo lo largo de la membrana celular. Esta propiedad está altamente desarrollada en las células nerviosas. Adaptación: El fenómeno biológico de la Adaptación se fundamenta en una importante característica de los organismos vivos: la irritabilidad, la cual consiste en la capacidad de responder ante estímulos medioambientales en forma adecuada, rápida y precisa, permitiendo así la mantención constante del medio interno, aún en condiciones ambientales desfavorables. Esta capacidad está presente en todos los niveles de la escala evolutiva de los sistemas vivos. Las especies contemporáneas son aquellas en que han sido altamente eficaces la irritabilidad y la adaptación. A continuación estudiaremos algunas formas de irritabilidad. a) Tactismos: Son respuestas frente a estímulos del medioambiente, propias de los animales inferiores, que consisten en movimientos de traslación, ya sea de acercamiento o alejamiento respecto al estímulo que las provocó. Si el movimiento se orienta hacia el estímulo, se denomina tactismo positivo; si se aleja del estímulo, se denomina tactismo negativo. Para identificarlos, se les antepone el nombre del tipo de estímulo que los provocó. Por ejemplo, la polilla se orienta hacia la luz: fototactismo positivo; la barata se escapa de la luz: fototactismo negativo. b) Reflejos: Los animales superiores producen respuestas más complejas y elaboradas, pues cuentan con un conjunto de estructuras diseñadas para la percepción de estímulos tanto internos como externos, con sistemas de

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Muestra la forma del cerebro sus interacciones neuronales y como influyen en su relación con el medio.Se puede observar sus partes y como funciona cada una y como dependen una de otra.

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Page 1: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Anatomía y fisiología del Sistema Nervioso

Introducción:

Todos los sistemas de órganos de nuestro cuerpo se encuentran

interconectados por los sistemas integradores. Éstos tienen bajo su responsabilidad la

regulación, control y coordinación de todas las funciones orgánicas. Esta integración

funcional está dada por dos sistemas altamente complejos: el sistema nervioso y el

sistema endocrino.

El sistema nervioso tiene a su cargo la función de integrar los distintos

sistemas del organismo. Para esto, sus estructuras captan las variaciones de energía

del medio ambiente externo e interno (estímulos), las analiza, las almacena en centros

de memoria, las integra en centros nerviosos y elabora respuestas adecuadas que a

través de estructuras nerviosas viajan hasta los órganos efectores.

Para cumplir estas dos funciones, el sistema nervioso cuenta con dos

propiedades:

Excitabilidad (Irritabilidad): Es una propiedad celular, especialmente de

aquellos que constituyen los llamados tejidos excitables, que son el tejido

muscular y las células nerviosas. Consiste en un cambio en la diferencia de

potencial bioeléctrico que existe normalmente entre el espacio intracelular y el

extracelular. Todo esto se traduce en la capacidad de responder a los estímulos

(irritabilidad) cuando se alcanza cierta intensidad umbral o mínima.

Conductividad: Es la capacidad de las células de propagar un cambio de

potencial desde un punto de estimulación a todo lo largo de la membrana

celular. Esta propiedad está altamente desarrollada en las células nerviosas.

Adaptación:

El fenómeno biológico de la Adaptación se fundamenta en una importante

característica de los organismos vivos: la irritabilidad, la cual consiste en la capacidad

de responder ante estímulos medioambientales en forma adecuada, rápida y precisa,

permitiendo así la mantención constante del medio interno, aún en condiciones

ambientales desfavorables. Esta capacidad está presente en todos los niveles de la

escala evolutiva de los sistemas vivos.

Las especies contemporáneas son aquellas en que han sido altamente

eficaces la irritabilidad y la adaptación. A continuación estudiaremos algunas formas de

irritabilidad.

a) Tactismos: Son respuestas frente a estímulos del medioambiente, propias de

los animales inferiores, que consisten en movimientos de traslación, ya sea de

acercamiento o alejamiento respecto al estímulo que las provocó. Si el

movimiento se orienta hacia el estímulo, se denomina tactismo positivo; si se

aleja del estímulo, se denomina tactismo negativo. Para identificarlos, se les

antepone el nombre del tipo de estímulo que los provocó. Por ejemplo, la polilla

se orienta hacia la luz: fototactismo positivo; la barata se escapa de la luz:

fototactismo negativo.

b) Reflejos: Los animales superiores producen respuestas más complejas y

elaboradas, pues cuentan con un conjunto de estructuras diseñadas para la

percepción de estímulos tanto internos como externos, con sistemas de

Page 2: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

integración de variada complejidad, capaces de organizar una respuesta.

Además, poseen estructuras ejecutoras de la respuesta que resulta adecuada al

tipo y calidad del estímulo.

Organización anatómica del sistema nervioso.

El sistema nervioso se compone de dos subsistemas principales: el Sistema

Nervioso Central (SNC) y el Sistema Nervioso Periférico (SNP). El sistema nervioso

central está constituido por el encéfalo y la médula espinal, los cuales integran y

correlacionan muchos tipos distintos de información sensorial que llega a ellos.

Además, el SNC es la fuente de pensamiento, emociones y recuerdos, así como de los

impulsos nerviosos que estimulan la contracción muscular o las secreciones

glandulares.

El SNP, en cambio, consta de nervios (craneales y espinales) que conectan

al SNC con el resto del cuerpo.

Dentro de los nervios periféricos, hay axones de neuronas sensoriales que

llevan la información sensorial al SNC de todas las partes del cuerpo. Los nervios

periféricos contienen, además, axones de neuronas motoras que llevan señales del

SNC a los diferentes órganos y músculos.

La porción motora del sistema nervioso periférico se subdivide en sistema

nervioso somático (SNS) y sistema nervioso autónomo (SNA). Las neuronas

motoras del sistema nervioso somático conducen impulsos sólo a los músculos

esqueléticos, de manera que el control que ejerce este sistema es voluntario. Las

neuronas motoras del sistema nervioso autónomo controlan las respuestas

involuntarias. Hacen sinapsis con la musculatura del corazón, los músculos lisos y las

glándulas.

El SNA consta de dos divisiones: El Sistema Nervioso Simpático y el

Sistema Nervioso Parasimpático. Las dos divisiones del SNA generalmente tienen

contactos sinápticos con los mismos órganos, pero normalmente producen efectos

antagónicos. S.N. Simpático prepara al cuerpo para actividades tensas o enérgicas

como lucha o huida. El S.N. Parasimpático domina en momentos de reposo y rumia,

dirige actividades de mantenimiento.

Histología del sistema nervioso.

El sistema nervioso, a pesar de sus diferencias en cuento a su organización

y funciones, se encuentra formado fundamentalmente por dos tipos de células: glías y

neuronas. Estas células tienen un origen común en el tubo neural, que deriva

embriológicamente del ectodermo.

Gracias a un novedoso método de tinción implementado por el anatomista

italiano Camillo Golgi, en 1875 fue posible observar neuronas independientes por

primera vez. Este método fue recogido por el médico español Santiago Ramón y Cajal

para confirmar la individualidad funcional de la neurona, revelar la forma en que se

organizaba el tejido nervioso de los distintos órganos y descubrir que las conexiones

neuronales no eran aleatorias, sino que seguían patrones bien definidos (ver figura 2).

Por tales aportes a la neurociencia, Golgi y Cajal recibieron el premio Nobel de

Medicina y Fisiología en 1906.

Page 3: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

La imagen de la izquierda corresponde a una micrografía de neuronas

piramidales en que se utilizó la tinción de Golgi. El dibujo de la derecha representa el

mismo tipo de neuronas, dibujadas por Ramón y Cajal alrededor del año 1900.

Células gliales o neuroglias

Las células gliales comprenden casi la mitad del volumen del SNC. Son 10-

50 veces más numerosas que las neuronas y las rodean. En general, estas células

son más pequeñas que las neuronas y, en contraste con ellas, no generan ni propagan

potenciales de acción, pero sí pueden multiplicarse y dividirse en el sistema nervioso

maduro. En caso de lesión o enfermedad, las células gliales se multiplican para llenar

los espacios que ocupaban las neuronas.

De forma similar a las neuronas, presentan ramificaciones, a veces muy

escasas, y cortas que se unen a un cuerpo pequeño. Aunque no se las considera

esenciales para el procesamiento y conducción de la información se les atribuye

funciones muy importantes para el trabajo neuronal:

Proporcionan soporte mecánico y aislamiento a las neuronas.

Aíslan el axón, sin impedir el proceso de autogeneración del potencial de acción,

con lo que se logra acelerar la velocidad de propagación de esta señal.

Mantienen la constancia del microambiente neuronal, eliminando exceso de

neurotransmisores y de iones.

Guían el desarrollo de las neuronas y parecen cumplir funciones nutritivas para

este tipo de células.

Algunos autores también las han involucrado en las llamadas funciones

superiores. (la memoria).

Se han distinguido dos tipos de células gliales: las de la microglía y las de la

macroglía. Las primeras son, en realidad, glóbulos blancos (fagocitos) que aparecen

en condiciones de daño o de enfermedades del tejido nervioso. Por el contrario, la

macroglía corresponde a varios tipos de células que se encuentran normalmente en el

sistema nervioso.

Page 4: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

De los cinco tipos de células gliales, sólo cuatro se hallan en el SNC

(astrocitos, oligodendrocitos, microglia y células ependimarias), mientras que las

células de Schwann se encuentran en el SNP.

Astrocitos: Forman una red de soporte del sistema nervioso central, unen

neuronas a sus vasos sanguíneos, aportando nutrientes a las neuronas; captan

el exceso de neurotransmisores, ayudan a formar la barrera hematoencefálica,

entre otras funciones.

Microglia: También se denominan macrófagos cerebrales. Derivan de los

monocitos. Su función es fagocitar y destruir los microorganismos y detritus

celulares. Pueden migrar al área de lesión del tejido nervioso.

Oligodendrocitos: Dan soporte y forman un tejido conectivo semirrígido entre

las neuronas del sistema nervioso central. Producen una vaina de mielina

alrededor de los axones de las neuronas del sistema nervioso central.

Células Ependimarias: Forman una cubierta epitelial continua para los

ventrículos del cerebro (espacios que forman y por donde circula el líquido

cefalorraquídeo) y el conducto central de la médula espinal. Probablemente

participen en la circulación del líquido cefalorraquídeo entre otras áreas.

Células de Schwann: Son células planas que rodean a los axones del SNP.

Cada célula produce una parte de la vaina de mielina que rodea a un axón de

neuronas de éste. Además, participan en el regeneración de axones del SNP.

En resumen, las células gliales cumplen diversas funciones, entre las cuales

se cuentan:

- Función nutritiva pues actúan como intermediario del transporte de metabolitos

entre capilares y neuronas.

- Sostén mecánico.

- Protección contra el daño físico o por sustancias tóxicas, a través de la barrera

hematocefálica.

- Sintetizan y almacenan algunos metabolitos que nutren las neuronas.

Page 5: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Las neuronas.

Son las más características y estudiadas por la relación de sus propiedades

con las funciones del sistema nervioso. Vale decir, comprendiendo la forma en que se

organiza una neurona, es relativamente fácil comprender cómo se puede traspasar la

información al interior de cualquier porción del sistema nervioso.

Las neuronas están funcionalmente polarizadas. Esto es, reciben

información por uno de sus extremos, el dendrítico y la entregan por otro, el extremo

axónico. Tal organización determina, en parte, su enorme capacidad de comunicarse

con otras células, especialmente con otras neuronas. Se organizan en redes complejas

y tridimensionales, cuando deben integrar señales sensoriales y motoras. Para el

transporte de la información a lo largo de distancias de mayor alcance, las neuronas se

agrupan de forma más o menos paralela, originando nervios.

Pese a que cada ser humano posee más de 100 billones de neuronas (16

veces el número de la población del planeta), cada neurona posee una estructura

básica similar: dendritas, cuerpo celular o soma y axón. El cuerpo celular o soma es el

centro metabólico de la neurona y da origen a dos tipos de prolongaciones: el axón y

las dendritas.

Cuerpo neuronal o soma:

El cuerpo neuronal se encuentra rodeado de una membrana de alrededor de

7.5 nm de grosor, la membrana plasmática. El citoplasma neuronal presenta una serie

de sistemas membranosos que constituyen organelos y que, a pesar de estar

conectados entre sí, tienen características enzimáticas específicas. En él se

encuentran, además, otros componentes como los lisosomas, gránulos, mitocondrias,

vesículas y complejos vesiculares, neurofilamentos, neurotúbulos y ribosomas.

Una de las características importantes de la neurona es la organización

membranosa. Considerando las complejas estructuras membranosas presentes en la

neuronas y su organización funcional, se pueden distinguir tres sistemas: un sistema

principal representado por la membrana nuclear, el retículo endoplásmico, el sistema

de Golgi, las vesículas secretoras, los endosomas, la membrana plasmática; los

lisosomas; las mitocondrias Estos tres sistemas están inmersos en el citosol, que se

presenta como un gel formado por proteínas hidrosolubles y por filamentos insolubles

que constituyen el citoesqueleto. Estos sistemas de membranas constituyen

compartimientos separados, estructurados con distintas proteínas y que cumplen

diferentes funciones:

Núcleo neuronal: Es grande, generalmente esférico y presenta un nucléolo

vesiculado.

Sustancia de Nissl: Es un sistema ramificado de membranas que se distribuye

por el citoplasma, en forma de cavidades aplanadas, tachonadas por filas de ribosomas y rodeados de nubes de polirribosomas. Es el retículo endoplásmico rugoso (RER). Esta estructura no se observa en el axón pero sí en las dendritas. En el RER se producen los distintos tipos de proteínas que necesitan las neuronas para su funcionamiento.

Retículo endoplásmico liso: Es un sistema de cisternas semejantes a las

observadas en el RER pero que no presentan ribosomas y que tienen un distinto grado de desarrollo en los diferentes tipos de neuronas. Es muy notable en las células de Purkinje. Funcionalmente se le ha asociado al transporte de proteínas y síntesis de lípidos.

Page 6: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Aparato o Sistema de Golgi: También se presenta como un sistema de

cavidades membranosas, aplanadas, que conforman una red y que presentan vesículas asociadas.

Lisosomas: Son los organelos encargados de la degradación de desechos

celulares. Se originan como pequeñas vesículas desde el aparato de Golgi.

Neurotúbulos. Variedades de estructuras de forma tubular de diámetro variable.

Los hay de 22- 24 nm de diámetro, cuya pared está formada por 13 unidades de

filamentos de tubulina. Son los microtúbulos. Otros, los neurofilamentos, son

más delgados con un diámetro de alrededor de 10 nm. Más delgados aún, de

alrededor de 5 nm de diámetro, son los microfilamentos formados por actina.

Los neurotúbulos son importantes para el desarrollo neuronal, para la

mantención de la estructura neuronal y para el transporte axonal.

Mitocondrias. Se ubican tanto en el soma como en los procesos neuronales. Su

forma puede cambiar de un tipo de neurona a otro pero su estructura no es

diferente, en su esquema básico, a la de las mitocondrias de cualquier otra

variedad de células.

Axón:

Es una prolongación tubular, con un diámetro de 0,2 a 20 μm, que puede

ramificarse y extenderse más de un metro de largo. El axón es la principal unidad

conductora de señales de la neurona, capaz de enviar señales a gran distancia

mediante la propagación de señales eléctricas. Normalmente cada neurona posee un

axón, que puede ser tan largo como el de las neuronas motoras o tan corto como el de

las neuronas de la corteza del cerebelo.

Page 7: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

En él se han definido varios segmentos morfológica y funcionalmente

diferentes:

• El montículo axónico: es el segmento que conecta al axón con el soma. Puede

presentar fragmentos de Sustancia de Nilss con abundantes ribosomas.

• El segmento inicial: continua al montículo y en él, los elementos axoplasmáticos

se empiezan a orientar longitudinalmente. Hay pocos ribosomas pero presenta

neurotúbulos, neurofilamentos y mitocondrias. En este segmento se inician los

potenciales de acción.

• El axón propiamente tal: aquí la membrana celular es de aspecto uniforme

excepto en las zonas de los Nódulos de Ranvier donde se aprecian densidades

submembranosas. En este segmento también se encuentran microtúbulos,

neurofilamentos, mitocondrias,

vesículas y en la zona de los Nódulos existe una alta concentración de canales de

sodio.

• La porción terminal: el axón se ramifica y las ramas alcanzan los botones

sinápticos. En estas regiones sinápticas (terminales presinápticos) se encuentran

abundantes vesículas sinápticas. Mediante estas estructuras es que la neurona

puede conectarse con otra, para traspasarle el impulso nervioso

Dendritas:

Las dendritas son prolongaciones de un grosor normalmente superior al del

axón, aunque pueden ser tan o más largas que éste. Básicamente constituyen la

superficie que utilizan los botones sinápticos para establecer uniones con una segunda

neurona.

Las neuronas se distinguen unas de otras por su forma y tamaño,

especialmente por el número y forma de sus prolongaciones dendríticas y axonales. El

número y extensión de las prolongaciones dendríticas se correlaciona con el número de

conexiones con otras neuronas. Una motoneurona espinal, cuyas prolongaciones

dendríticas son moderadas en número y extensión, recibe alrededor de 10.000

contactos, 2000 en el cuerpo celular y 8000 en las dendritas. En cambio, el enorme

árbol dendrítico de las células de Purkinge del cerebelo recibe alrededor de 150.000

contactos.

En base a este esquema general, existe una amplia variedad de formas y

tamaños que dependen del soma y de los procesos neuronales mencionados. Así, el

tamaño del soma varía entre los 6-8 μm (células granulosas del cerebelo) y los 60-80

μm (células de Purkinje también en el cerebelo). En general, la morfología de las

neuronas, igual que la de las células gliales, es extendida lo cual refleja una forma de

adaptación en células cuya función depende de las múltiples interacciones que puedan

establecer.

Tal como lo definió Ramón y Cajal hace más de un siglo, la estructura

particular de la neurona origina dos principios que determinan su funcionamiento:

a) La polaridad funcional, es decir, que el impulso nervioso fluye en sólo una

dirección desde los sitios donde se recibe el estímulo (dendritas) hacia la

terminal presináptica (botón sináptico).

b) Conectividad específica, es decir, que las células nerviosas no se conectan

indiscriminadamente unas con otras formando redes al azar, sino que

establecen conexiones específicas en sitios precisos y especializados de

contacto sináptico, con sólo algunas neuronas postsinápticas.

Page 8: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

La organización de las neuronas origina dos tipos de tejidos en las estructuras

nerviosas

Las neuronas y las células gliales forman el tejido nervioso. Pero

fundamentalmente, es la distribución de las neuronas lo que determina la existencia de

dos formas principales de tejido nervioso: La sustancia blanca y la sustancia gris. La

primera está formada principalmente por axones mientras que la segunda se forma por

la agrupación de cuerpos neuronales, formando núcleos o ganglios y capas de

neuronas.

En las diferentes regiones del sistema nervioso la distribución de esos

subtipos de tejidos determina complejas relaciones anatómicas.

Al examinar un cerebro intacto se aprecia que la sustancia gris está

constituyendo una envoltura de alrededor de 5 mm de grosor, la corteza cerebral. Esta

es muy accidentada ya que presenta numerosos pliegues y surcos.

Si hacemos un corte coronal que pase por el tallo hipofisiario, se observa

que la sustancia gris envuelve cada hemisferio cerebral encerrando a la sustancia

blanca la cual, sin embargo, rodea a diferentes núcleos que se ubican al interior de

cada hemisferio: tálamo, ganglios basales, núcleos hipotalámicos.

Si observamos el borde superior en cada hemisferio, encontramos que la

envoltura de sustancia gris también penetra en la cara interna del hemisferio y enfrenta

entonces a la del hemisferio opuesto. Ambas caras internas están separadas por la

cisura interhemisférica.

Page 9: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Si descendemos un poco, hasta la altura del tronco cerebral y practicamos

un corte transversal, encontramos que la distribución del tejido nervioso cambia.

Ahora la substancia gris se encuentra en el interior rodeada de substancia blanca.

Si descendemos más aun, hasta la médula espinal, y practicamos cortes

transversales a diferentes alturas, encontramos que la substancia gris se organiza

como una estructura bien definida, en forma de letra H, ubicada en el centro y rodeada

casi completamente de substancia blanca.

La substancia gris, en los cortes de la médula, presenta dos expansiones

anteriores o astas anteriores y dos posteriores o astas posteriores. Las astas

anteriores representan la vía de salida (motora) del sistema nervioso. Las astas

posteriores representa la vía de entrada.

Page 10: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Las neuronas permiten que el Sistema Nervioso desempeñe tres funciones

básicas: sensorial, motora y de integración. El Sistema nervioso es responsable de

las percepciones, conductas y memorización, que dan inicio a todos los movimientos

voluntarios.

El flujo de información en el sistema nervioso sigue un patrón básico:

Estímulo receptor vía centro vía efector Respuesta

aferente integrador eferente

Estímulo: Es todo aquello que genera una reacción en cualquier parte de nuestro

cuerpo o en nuestra conducta pueden provenir del ambiente externo o interno.

Receptor: Órgano sensorial que recibe o capta el estímulo a través de las dendritas de

una neurona sensorial. Ejemplo: los órganos de los sentidos.

Vía Aferente: es el axón de la neurona sensorial que lleva la información en forma de

impulso nervioso al centro integrador donde se elaborará la respuesta.

Centro Integrador: Donde se elaboran las respuestas, como lo es el cerebro y la

médula espinal.

Vía Eferente: axón que saca la información del sistema integrador, corresponde a una

neurona motora.

Efector: Órgano que ejecuta la respuesta ante el estímulo, estos son los músculos y

las glándulas.

Respuesta: Reacción ante el estímulo llamada también Irritabilidad.

Fisiología Neuronal: El impulso nervioso.

La conducción nerviosa está asociada con fenómenos eléctricos. La

diferencia en la cantidad de carga eléctrica entre una región de carga positiva y una

región de carga negativa se llama potencial eléctrico. Casi todas las membranas

plasmáticas tienen una diferencia de potencial eléctrico -el potencial de membrana -

en el que el lado interno de la membrana es negativo respecto al lado externo.

La transmisión del impulso nervioso es diferente de una corriente eléctrica: el

impulso nervioso no experimenta disminución entre los extremos del axón; es mucho

más lento que una corriente eléctrica y, a diferencia de ésta, la intensidad del impulso

siempre es la misma: o bien no hay impulso nervioso en respuesta a un estímulo de

una fibra nerviosa, o hay una respuesta máxima.

Page 11: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

a) Cuando ambos electrodos están fuera de la membrana, no se registra ninguna

diferencia de potencial.

b) Cuando un electrodo se coloca dentro de la membrana, el interior de la neurona

es negativo con respecto al exterior y la diferencia entre los dos es de

aproximadamente 70 milivoltios. Este es el potencial de reposo.

c) Al estimular un axón, el impulso nervioso se propaga a lo largo de él cuando

alcanza la región en donde se encuentran los microelectrodos, el osciloscopio

muestra una breve inversión de la polaridad: el interior se hace positivo en

relación con el exterior. Esta breve inversión en la polaridad es el potencial de

acción.

El interior de la membrana está cargado negativamente con respecto al

exterior. Esta diferencia de voltaje - la diferencia de potencial-constituye el llamado

potencial de reposo de la membrana. Cuando el axón es estimulado, el interior se

carga positivamente con relación al exterior. Esta inversión de la polaridad se denomina

potencial de acción. El potencial de acción que viaja a lo largo de la membrana

constituye el impulso nervioso.

Los potenciales de acción registrados para una misma neurona casi siempre

son iguales. La única variación -aunque crítica- es la frecuencia, es decir, el número de

impulsos nerviosos que se producen en un tiempo determinado; la frecuencia es

directamente proporcional a la intensidad del estímulo.

Además de la medición de la actividad de las neuronas, actualmente es

posible registrar, en forma macroscópica, la actividad cerebral por métodos no

invasivos, por medio de técnicas como la tomografía por emisión de positrones o la

resonancia magnética funcional que permiten determinar qué zonas del cerebro están

más o menos activas en base a cambios en distintos parámetros fisiológicos cuando

Page 12: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

se realizan tareas específicas (sensoriales, motoras o cognitivas). Esta actividad

general se correlaciona con la de las neuronas individuales la cual es determinada con

microelectródos colocados a ambos lados de la membrana neuronal.

El potencial de acción depende del potencial eléctrico neuronal, que, a su

vez, es posible por las diferencias en la concentración iónica a cada lado de la

membrana. En los axones, las diferencias críticas de concentración involucran iones

potasio (K+) e iones sodio (Na+).

La distribución de los iones a ambos lados de la membrana es característica

y es gobernada por tres factores: 1) la difusión de partículas a favor de un gradiente de

concentración, 2) la atracción de partículas con cargas opuestas y la repulsión de

partículas con cargas iguales y 3) las propiedades de la propia membrana.

La bicapa lipídica de la membrana del axón es impermeable a los iones y a

la mayoría de las moléculas polares, por lo que el movimiento de partículas a través de

la membrana depende de proteínas que proporcionan canales que las partículas

pueden atravesar por difusión facilitada o por transporte activo. Los iones son

específicos, particularmente Na+ y K+. Otro rasgo significativo de la membrana del

axón es la presencia de una proteína integral de membrana -la bomba de sodio-

potasio- que bombea iones Na+ hacia afuera del axón e iones K+ hacia adentro.

Los canales de Na+ y los canales de K+ regulados por voltaje permanecen

cerrados durante el estado de reposo. La bomba Na+/ K+ bombea 3 iones Na+ hacia

fuera del axón por cada 2 iones K+ bombeados hacia adentro. La concentración de

iones K+ es mucho mayor en el citosol que en el líquido intersticial. Por lo tanto, los

iones K+ difunden hacia fuera del axón a través de los canales de escape de K+, a

favor de su gradiente de concentración. Los iones más grandes, cargados

negativamente, no pueden acompañar a los iones K+ en su camino hacia fuera del

axón. En consecuencia, el interior del axón se carga negativamente en relación al

exterior. La bomba Na+/ K+ extrae rápidamente iones Na+ del axón, a la vez que

aumenta la concentración de iones K+ por el bombeo de esos iones hacia el interior.

Con ello se mantienen las diferencias de concentración de las que depende el potencial

de la célula en reposo.

Page 13: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

La membrana axónica está polarizada, el interior es más negativo que el

exterior, lo que determina el potencial de reposo. Esto es lo que hace posible la

generación de un potencial de acción. La carga negativa en el interior del axón atrae un

cierto número de iones K+ y Na+ que se dirigen hacia el interior del axón por sus

respectivos canales de escape. Los iones Na+ se extraen rápidamente del axón

gracias a la bomba Na+/ K+, a la vez que aumenta la concentración de iones K+ por el

bombeo de esos iones. Con ello se mantienen las diferencias de concentración de las

que depende el potencial de la célula en reposo.

El impulso nervioso se mueve en una sola dirección porque el segmento del

axón situado "detrás" del sitio donde se produjo el potencial de acción tiene un período

refractario breve durante el cual sus canales iónicos de Na+ no se abrirán; así, el

potencial de acción no puede retroceder.

Los axones largos de los vertebrados generalmente están envueltos en

vainas de mielina, formadas por células de la glia especializadas. La vaina de mielina

hace que la propagación del impulso nervioso sea mucho más rápida en los

vertebrados que en los invertebrados.

a) En una fibra sin vaina de mielina, toda la membrana del axón está en contacto

con el líquido intersticial. Todas las partes de la membrana contienen canales y

bombas de sodio-potasio.

b) En una fibra mielinizada, en cambio, solo están en contacto con el líquido

intersticial las zonas de la membrana axónica correspondientes a los nodos de

Ranvier. Prácticamente todos los canales iónicos y bombas de sodio-potasio se

concentran en estas zonas. Así, los potenciales de acción se pueden generar

solo en los nodos y el impulso nervioso salta de nodo en nodo, acelerándose la

conducción.

Page 14: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

La Sinapsis:

Las señales viajan de una neurona a otra a lo largo de la unión especializada -la

sinapsis - que puede ser de naturaleza química o eléctrica:

Sinapsis Eléctrica: La llegada de un potencial de acción a la terminal axónica

de la célula presináptica está acompañada por cambios en la concentración

iónica. Estos cambios son transmitidos a través de las uniones nexus a la célula

postsináptica, donde despolarizan la membrana celular e inician un nuevo

potencial de acción.

Sinápsis Química: Una sinapsis química. La llegada de un potencial de acción

en la terminal axónica inicia la fusión de vesículas sinápticas con la membrana

del axón, liberando neurotransmisores en el espacio sináptico. Éstos difunden a

la célula postsináptica, donde se combinan con receptores específicos de la

membrana celular. Una red proteica en el espacio sináptico ancla a las

membranas presinápticas y postsinápticas y, en ocasiones, contiene enzimas

que degradan las moléculas de neurotransmisor. Algunos neurotransmisores

son sintetizados en el cuerpo celular de la neurona y transportados a los

terminales axónicos, donde son "empaquetados" y almacenados en vesículas

sinápticas. Otros son sintetizados y se empaquetan dentro de las terminales

axónicas. La liberación de las moléculas neurotransmisoras es disparada por la

llegada de un potencial de acción al terminal axónico. Después de su liberación,

los neurotransmisores son removidos o destruidos rápidamente,

interrumpiéndose su efecto; ésta es una característica esencial del control de las

actividades del sistema nervioso.

Una variedad de sustancias químicas funcionan como neurotransmisores.

En el sistema nervioso periférico, los principales son la acetilcolina y la

noradrenalina.

En el sistema nervioso central se han encontrado muchos otros

neurotransmisores, incluyendo a las llamadas aminas biógenas (como la noradrenalina)

entre ellas la dopamina y la serotonina, ambas derivadas de aminoácido .

Page 15: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Principales Neurotransmisores

NEUROTRANSMISOR COMENTARIO

Aminas Biógenas

Acetilcolina Actúa en la placa neuromuscular del

sistema nervioso autónomo y de algunas

vías dentro del cerebro. Se cree que

participa en la regulación del ciclo sueño

vigilia.

Se sintetiza a partir de colina (mediante la

enzima colina acetil transferasa) y se

degrada por la enzima acetilcolinesterasa.

Los bloqueantes de esta enzima son

venenos poderosos.

Dopamina Actúan en las vías centrales.

Relacionados con mecanismos del

regulación del sistema motor. Su falta

causa la enfermedad de Parkinson. La

dopamina se sintetiza a partir del

precursor L-DOPA, que se usa como

fármaco en el tratamiento de la

enfermedad de Parkinson.

Serotonina (5-hidroxitriptamina) La serotonina se sintetiza a partir del

aminoácido triptófano. La histamina se

sintetiza a partir del aminoácido histidina y

participa en la respuesta inmune.

Además, algunas sinapsis del sistema

nervioso central utilizan histamina, en

particular, en el hipotálamo.

Noradrenalina (norepinefrina) Actúan en la porción simpática del

sistema nervioso autónomo y de vías

dentro del cerebro.

Adrenalina Se sintetizan a partir de la dopamina y

son ambos degradados por la enzima

monoaminooxidasa.

GABA Actúan en las vías centrales.

Relacionados con mecanismos del

regulación del sistema motor. GABA es el

principal neurotransmisor inhibitorio del

sistema nervioso central. El efecto de los

barbitúricos, el alcohol y varios

anticonvulsivantes está mediado por

receptores de GABA.

Glicina La glicina es uno de los principales

neurotransmisores inhibitorios nivel del

tronco encefálico y la médula espinal.

Glutamato El glutamato es el principal

neurotransmisor excitatorio del sistema

nervioso central.

Page 16: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

NEUROTRANSMISOR COMENTARIO

NEUROPÉPTIDOS

Sustancia P Participa en algunas vías del dolor.

Neuropéptido Y Participa en la regulación de varios

comportamientos alimentarios.

Péptido vasoactivo intestinal (VIP) Presente en diversas sinapsis del sistema

nervioso central y también funcional en el

sistema nervioso autónomo.

Arginina vasopresina (AVP) Presente en las sinapsis del sistema

nervioso central, incluyendo el

hipotálamo.

Galanina Se propone que también participa en vías

relacionadas con el comportamiento

alimentario.

Péptidos opioides: (encefalinas y

endorfinas)

Se sintetizan como un prepropéptido que

se cliva y da diversos neurotransmisores.

Participan en mecanismos de analgesia

endógena, y se cree que también

participan en muchos otros

comportamiento.

Casi todas las drogas que actúan en el cerebro alterando el humor o el

comportamiento, lo hacen intensificando o inhibiendo la actividad los sistemas

neurotransmisores. La cafeína, la nicotina y las anfetaminas, estimulan la actividad

cerebral en forma análoga a los neurotransmisores excitatorios en las sinapsis. La

cloropromazina y los tranquilizantes relacionados bloquean los receptores de dopamina

en muchos sitios, mientras que el ácido lisérgico -LSD- (un alucinógeno) inhibe la

acción de la serotonina cerebral.

Debe mencionarse que muchos neuropéptidos, junto con otras sustancias

neuroactivas, pueden desempeñar otro papel en la transmisión sináptica; no generar la

señal transmisora sino regularla. Estas moléculas, que pueden ser liberadas de las

mismas terminales axónicas que los neurotransmisores principales o de otras células,

se conocen como neuromoduladores

Aunque éstos pueden moverse directamente a través de la hendidura

sináptica, también pueden difundir a una distancia mayor, afectando a numerosas

células dentro de una región local del sistema nervioso central. Al igual que los

neurotransmisores, se unen a receptores específicos de membrana y alteran los

canales iónicos o ponen en movimiento segundo mensajeros; sus efectos

frecuentemente consisten en modular la respuesta de la célula a un neurotransmisor

principal. Se han identificado hasta el momento más de 200 sustancias diferentes que

funcionan como neuromoduladores. Estas incluyen las endorfinas, los interferones y las

interleucinas, las hormonas liberadoras hipotalámicas, las hormonas hipofisarias, las

hormonas de páncreas como la insulina, y hasta las hormonas digestivas gastrina y

colecistocinina.

Las dendritas y el cuerpo celular de una sola neurona pueden recibir señales

-en forma de moléculas de neurotransmisor o neuromodulador- enviadas por

centenares o hasta por miles de sinapsis. La unión de cada molécula a su receptor

tiene cierto efecto en el grado de polarización de la célula postsináptica. Si el efecto es

que el interior de la célula se vuelve menos negativo (despolarización) se dice que es

excitatorio. Por el contrario, si el efecto es que se mantiene al potencial de membrana

Page 17: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

en valores cercanos al potencial de reposo, o aun, el interior se hace más negativo

(hiperpolarización), se dice que es inhibitorio.

Los cambios en la polaridad inducidos por los neurotransmisores y los

neuromoduladores se extienden desde las sinapsis a través de la célula postsináptica

al cono axónico, que es la región del axón en la cual puede originarse un impulso

nervioso. Si el efecto colectivo es una despolarización suficiente como para permitir un

flujo de iones Na+ tal que constituya el inicio de un potencial de acción, entonces

comienza un impulso nervioso en el axón de la célula postsináptica y un nuevo

mensaje es enviado velozmente a una multitud de otras neuronas con las cuales hace

sinapsis el axón.

El procesamiento de la información que ocurre dentro del cuerpo celular de

cada neurona individual desempeña un papel central en la integración y en el control

ejercido de manera conjunta por los sistemas nervioso y endocrino. Es afectado no sólo

por los neurotransmisores y neuromoduladores específícos recibidos por la célula, sino

también por su cantidad, el tiempo preciso de su llegada y las localizaciones en la

neurona de las varias sinapsis y receptores.

La sinapsis química es una asociación estructural y funcional entre

neuronas.

La sinapsis química es el sitio en que células vecinas se comunican entre sí

a través de mensajes químicos, los neurotransmisores. A pesar del enorme número de

sinapsis químicas que existen en el sistema nervioso y de la amplia variedad

estructural que ellas ofrecen, en la organización de este tipo de sinapsis se pueden

reconocer los mismos elementos básicos. Hay un elemento presináptico representado

por un terminal nervioso, o por el polo de liberación de mensajes químicos, que se

observa en algunos tipos celulares, como algunas células sensoriales. La parte

presináptica está separada por un espacio sináptico (20 a 40 nm) de la parte

postsináptica, espacio que es atravesado por difusión por el neurotransmisor.

La parte presináptica presenta una organización orientada a una función

secretora altamente organizada que permite que el proceso de transferencia de la

información represente un evento que dura alrededor de fracciones de milisegundos

(0.3 a varios milisegundos). Ella se caracteriza por la presencia de las vesículas

sinápticas que almacenan el neurotransmisor y que se encuentran organizadamente

ubicadas, ligadas al citoesqueleto, o en los sitios activos de liberación o involucradas

en el proceso de re-uso de las vesículas. Por ello, el aspecto y la ubicación de las

vesículas ofrecen variaciones. También se ubican en la parte presináptica,

mitocondrias, elementos del citoesqueleto y estructuras membranosas relacionadas

con el manejo de las vesículas en el terminal (endosomas). La composición de la

membrana del terminal ofrece una gran complejidad ya que en ella se encuentran

diferentes estructuras proteicas que cumplen funciones diversas e indispensables:

canales iónicos (de sodio, potasio, calcio y cloro), bombas iónicas (bomba de Na+ - K+;

bomba de calcio), receptores, componentes de las membranas de las vesículas que

quedan incorporados en la membrana del terminal después de la exocitosis,

transportadores que permiten la recaptación del neurotransmisor liberado, proteínas

que participan en la ubicación, fusión de las vesículas y formación del poro en el

membrana presináptica a través del cual se libera el neurotransmisor.

Page 18: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

El espacio sináptico es una dependencia del medio interno con el cual está

comunicado. Pero parece existir en él una compleja organización donde hay enzimas

que pueden destruir al neurotransmisor, como es el caso de la acetilcolinesterasa en

sinapsis del tipo “colinérgicas” y otros componentes cuyo papel se estudia

intensamente.

En la parte postsináptica se encuentran los receptores que reciben y son

activados por el neurotransmisor. De las características de estos receptores y de sus

interacciones depende no sólo el paso de la información a través de la sinápsis sino el

que ella pueda ser modificada (plasticidad), mecanismo que parece representar la base

de procesos como el aprendizaje y la memoria.

La sinapsis química vincula le membrana pre y post-sináptica mediante

neurotransmisores.

El mecanismo de liberación de neurotransmisores es muy complejo y en él

juega un papel fundamental el Ca+2. Por la llegada del potencial de acción al terminal

nervioso se abren los canales de calcio presentes en la membrana del terminal y el ión

entra por difusión. Se produce así en la inmediata vecindad al interior de cada canal

una momentánea alza de la concentración del ión.

Los canales se abren en el momento del “peak” del potencial de acción y el

Ca+2 que entra genera un ambiente de elevada concentración del ión ubicado a corta

distancia del punto donde debe ejercer su efecto, que es la vesícula sináptica inactiva.

Se cree que el calcio no sólo propicia la liberación de las vesículas

sinápticas, sino que tendría un rol importante en el traslado de las mismas hacia las

zonas de la membrana pre-sináptica que se utilizan para tal liberación.

Es importante recalcar que las vesículas no “salen” del botón sináptico.

Cuando la vesícula se acerca al borde del botón sináptico, ambas membranas se

funden como ocurre en cualquier otro proceso de exocitosis. De esta manera, sólo el

neurotransmisor es despedido hacia la hendidura sináptica, mientras la membrana de

la vesícula se hace parte del botón sináptico. De todas formas, la endocitosis que

permanentemente recupera parte de los neurotransmisores antes liberados, garantiza

que el botón mantenga su estructura y tamaño, y que exista un número adecuado de

vesículas para el siguiente ciclo.

Si el neurotransmisor no es recuperado mediante tales vesículas de

endocitosis o endosomas, probablemente será degradado mediante enzimas

específicas para cada tipo de neurotransmisor. Tal fenómeno es importante, pues si

bien la sinapsis debe garantizar la comunicación entre neuronas, debe constituir un

pulso discontinuo y muy breve. Si los neurotransmisores se quedaran

permanentemente en la hendidura sináptica, podrían mantenerse unidos con los

receptores de la membrana post-sináptica generando potenciales sin posibilidades de

retroalimentación. En términos simples, costaría mucho deshacerse de un impulso una

vez que se le da inicio. El desgaste energético sería enorme y la eficiencia del proceso,

nula.

Los receptores químicos de la membrana plasmática post-sináptica ubicados

en el soma o en la región dendrítica son los que reciben la información que les llegan

desde los terminales nerviosos pre-sinápticos que inervan la neurona. Es la naturaleza

inhibidora o excitadora de esos receptores la que determinará si esa neurona será

estimulada (aumento en ella de la generación de potenciales de acción) o será inhibida

(disminución del número de potenciales que genera en reposo).

Page 19: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

En las sinapsis exitatorias, el neurotransmisor actúa aumentando la

permeabilidad de la membrana post-sináptica a los iones sodio. El paso de Na+ desde

el espacio sináptico determina una pequeña inversión localizada de la polaridad,

generándose un potencial post-sináptico excitatorio (PPSE). Estos pequeños PPSE,

por sí solos, no causan una despolarización en toda la membrana (de la dendrita o el

soma post-sináptico), pero pueden sumarse para originar un potencial de acción que se

auto propaga.

1. Terminal nervioso 2. Vaina de mielina 3. Citoesqueleto 4. Vesículas sinápticas inmaduras 5. Vesículas sinápticas maduras

(aptas para la exocitosis) 6. Vesículas sináptica en exocitosis 7. Neurotransmisor 8. Espacio o hendidura sináptica 9. Membrana presináptica 10. Endosoma 11. Vesícula sináptica en recuperación 12. Canales de calcio

En la sinapsis inhibitoria, el neurotransmisor genera potenciales post-

sinápticos inhibitorios (PPSI), los que refuerzan la polarización de la membrana post-

sináptica. La hiperpolarización se produce por ingreso de iones Cl - a la neurona y a la

salida de iones K+ al espacio sináptico.

Para que el soma de una neurona pueda propagar efectivamente el

potencial transmitido por otras neuronas, se requiere que se produzca el fenómeno de

sumación de potenciales: se debe alcanzar una despolarización mínima, para

desencadenar el potencial de acción autopropagado desde el cono axónico. Tal

sumación puede ser espacial, por acumulación de PPSE provenientes de varios

botones (de la misma o varias neuronas) o bien, temporal, por acumulación de PPSE

provenientes de un mismo botón emitidos sucesivamente. Ahora bien, si

simultáneamente el soma neuronal recibe PPSI (lo que suele ser más regla que

excepción), la sumación de PPSE cobrará especial sentido, pues será necesario

revertir la hiperpolarización inhibidora.

Page 20: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Los neuromoduladores son sustancias que modifican la capacidad sináptica de

los neurotransmisores.

Casi todas las drogas que actúan en el cerebro alterando el humor o el

comportamiento, lo hacen intensificando o inhibiendo la actividad de los sistemas

neurotransmisores. La cafeína, la nicotina y las anfetaminas, estimulan la actividad

cerebral en forma análoga a los neurotransmisores excitatorios en las sinapsis. La

cloropromazina y los tranquilizantes relacionados bloquean los receptores de dopamina

en muchos sitios, mientras que el ácido lisérgico -LSD- (un alucinógeno) inhibe la

acción de la serotonina cerebral.

Varios neuropéptidos, junto con otras sustancias neuroactivas, pueden

desempeñar otro papel en la transmisión sináptica; no generar la señal transmisora

sino regularla. Estas moléculas, que pueden ser liberadas de las mismas terminales

axónicas que los neurotransmisores principales o de otras células, se conocen como

neuromoduladores.

Aunque éstos pueden moverse directamente a través de la hendidura

sináptica, también pueden difundir a una distancia mayor, afectando a numerosas

células dentro de una región local del sistema nervioso central. Al igual que los

neurotransmisores, se unen a receptores específicos de membrana y alteran los

canales iónicos o ponen en movimiento segundos mensajeros (moléculas mediadoras

que fueron estudiadas en la estimulación de las hormonas peptídicas); sus efectos

frecuentemente consisten en modular la respuesta de la célula a un neurotransmisor

principal. Se han identificado hasta el momento más de 200 sustancias diferentes que

funcionan como neuromoduladores. Estas incluyen las endorfinas, los interferones y las

interleucinas, las hormonas liberadoras hipotalámicas, las hormonas hipofisarias, las

hormonas de páncreas como la insulina, y hasta las hormonas digestivas gastrina y

colecistocinina.

Page 21: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Las dendritas y el cuerpo celular de una sola neurona pueden recibir señales

-en forma de moléculas de neurotransmisor o neuromodulador- enviadas por

centenares o hasta por miles de sinapsis. La unión de cada molécula a su receptor

tiene cierto efecto en el grado de polarización de la célula postsináptica. Si el efecto es

que el interior de la célula se vuelve menos negativo (despolarización) se dice que es

excitatorio. Por el contrario, si el efecto es que se mantiene al potencial de membrana

en valores cercanos al potencial de reposo, o aun, el interior se hace más negativo

(hiperpolarización), se dice que es inhibitorio.

Los cambios en la polaridad inducidos por los neurotransmisores y los

neuromoduladores se extienden desde las sinapsis a través de la célula postsináptica

al cono axónico, que es la región del axón en la cual puede originarse un impulso

nervioso. Como ya se dijo, si el efecto colectivo es una despolarización suficiente como

para permitir un flujo de iones Na+ tal que constituya el inicio de un potencial de acción,

entonces comienza un impulso nervioso en el axón de la célula postsináptica y un

nuevo mensaje es enviado velozmente a una multitud de otras neuronas con las cuales

hace sinapsis el axón.

El procesamiento de la información que ocurre dentro del soma de cada

neurona individual desempeña un papel central en la integración y en el control ejercido

de manera conjunta por los sistemas nervioso y endocrino. Es afectado no sólo por los

neurotransmisores y neuromoduladores específicos recibidos por la célula, sino

también por su cantidad, el tiempo preciso de su llegada y las localizaciones en la

neurona de las varias sinapsis y receptores.

Las drogas operan como neuromoduladores en la medida que estimulan o

inhiben la actividad sináptica a distintos niveles del proceso. En la figura 28 se resumen

las etapas de la función sináptica que pueden alterarse por drogas y se ejemplifica con

dos sustancias ampliamente reconocidas como drogas: anfetaminas (como ejemplo de

droga lícita) y cocaína (como ilícita).

Acción de las encefalinas y la morfina en cierto tipo de sinapsis química.

Page 22: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Etapas de la sinapsis química que pueden perturbarse por la presencia de drogas.

Page 23: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Los arcos reflejos son específicos, direccionados y poseen relevos

modificadores.

No se debe olvidar que las neuronas de la médula espinal o del encéfalo,

aunque estructuralmente se les asocie a la sustancia gris o blanca, normalmente se

encuentran constituyendo arcos reflejos.

Una inmensa variedad de procesos nerviosos se articulan mediante arcos

reflejos. Cada uno de éstos consta de receptor sensorial, vía aferente, centro de

integración, vía motora y efector específico. A pesar que el arco reflejo que permite

articular la percepción del equilibrio con el movimiento utiliza neuronas muy parecidas a

las del arco reflejo destinado a responder frente a diferencias de temperatura, la

integración cerebral permite diferenciar ambos procesos. Vale decir, el cerebro

distingue temperatura de presión, de sabor, de imagen, etc. pese a que la información

mediante el mismo tipo de células. La organización general de las áreas del cerebro

responsables de cada tipo de sensación, es revisada más adelante.

A través del arco reflejo, el impulso nervioso siempre lleva la misma

dirección: de lo sensitivo a lo motor. Sin embargo, sufre modificaciones que permiten

modular o coordinar las respuestas. Por ejemplo, cada vez que se envía información

motora para contraer un músculo esquelético, se hace necesario que el músculo

opuesto o antagonista, se relaje.

Page 24: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

De otra forma, el movimiento no sería posible. Como ambas respuestas

deben ser simultáneas, el arco reflejo requiere que desde el centro integrador (en este

caso la médula espinal) se originen dos vías motoras: una que permita contraer el

músculo agonista y otra que relaje el músculo antagonista. Para que el proceso sea

simultaneo, se necesita una especial organización estructural entre las neuronas

aferentes, intermediarias (interneuronas) y motoras (motoneuronas).

De esta manera, tal como se esquematiza en la figura 12, una señal aferente

puede generar impulsos nerviosos que activan (exitatorios) motoneuronas y al mismo

tiempo impulsos que desactivan (inhibitorios) otras motoneuronas. Como se verá más

adelante, la unión entre una neurona y otra, puede ser de tipo inhibitorio o exitatorio. En

el caso de la unión exitatoria la señal emitida será mantener el impulso nervioso. En el

caso de la unión inhibitoria, en cambio, será detener el impulso nervioso para que no

prosiga en la siguiente neurona.

Las modificaciones del impulso nervioso ocurren en todo tipo de circuitos, a lo largo de

todo el sistema nervioso. Considerando los billones de neuronas y la enorme red de

conexiones que establecen, es difícil dimensionar la complejidad de su funcionamiento

como un todo.

En el encéfalo convergen vías sensoriales y motoras, estructurando órganos bien

definidos

Para poder definir el camino que siguen las vías sensoriales y motoras al

interior del encéfalo, resulta imprescindible tener una idea general de su organización

anatómica.

En el esquema de la figura 13 se

presenta un corte sagital medio a través

del cráneo y de la columna vertebral.

Anatómicamente se distinguen en el

sistema nervioso dos grandes

divisiones: el sistema nervioso central

y el sistema nervioso periférico. El

primero esta alojado en dos estructuras

óseas: la caja craneana o cráneo y la

columna vertebral. El segundo es el

conjunto de estructuras nerviosas que

se ubican fuera del sistema nervioso

central.

En el cráneo se encuentra el encéfalo, formado por el cerebro, el cerebelo y

algunos órganos del tronco cerebral (bulbo raquídeo y la protuberancia anular). En la

columna vertebral se ubica la médula espinal.

Entre los huesos del cráneo y de la columna vertebral y el tejido nervioso se

encuentra un sistema de membranas que envuelven al sistema nervioso central, son

las meninges.

Page 25: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

En la región posterior e inferior

y debajo de ambos hemisferios

se ubica el cerebelo. Por

delante de él se encuentra la

porción encefálica del tronco

encefálico.

La médula espinal es una

continuación del bulbo

raquídeo, que se dispone al

interior de la columna vertebral.

En el esquema, se nos presenta la cara lateral externa del encéfalo del lado

derecho. Ésta aparece como una superficie arrugada donde hay repliegues separados

por hendiduras. En esta cara es posible distinguir cuatro grandes regiones o lóbulos,

cuyos nombres se relacionan con los huesos craneanos que las cubren. Son los

lóbulos frontal, parietal, temporal y occipital. Los límites entre estos lóbulos los dan

cisuras o surcos claramente identificables y/o líneas imaginarias que son sus

prolongaciones.

La cara lateral presenta un límite inferior representado por su borde inferior.

Desde la porción anterior nace desde ese borde un surco que se dirige ascendiendo

hacia atrás. Es el surco lateral o cisura de Silvio, el cual separa el lóbulo frontal del

lóbulo temporal. Una prologanción de ese surco se dirige hacia atrás y descendiendo

hacia la parte posterior separa el lóbulo temporal del parietal por arriba y del lóbulo

occipital por atrás.

Desde el borde superior y de forma más o menos vertical, desciende el

surco central o cisura de Rolando, que permite separar el lóbulo frontal del pariental.

La distinción de los lóbulos y los surcos principales permite establecer el

área en que se encuentran funciones específicas de la corteza cerebral. Básicamente,

estas áreas pueden ser sensoriales, motoras o de asociación. En el primer caso, se

trata de zonas en que convergen las vías sensoriales de la vista, oído, tacto, etc. Las

áreas motoras son las encargadas de enviar información hacia los efectores

musculares y las áreas de asociación fundamentalmente integran funciones sensoriales

y motoras.

Delante de la cisura de Rolando se encuentra la circunvolución pre-central

donde se ubica la corteza motora primaria. Por detrás del surco central se halla la

circunvolución post-central en la que se ubica la corteza sensorial somática primaria.

En la parte más posterior del lóbulo occipital, se encuentra la corteza visual

primaria, mientras que en el lóbulo parietal, junto a la parte media ascendente de la

cisura de Silvio, en el lóbulo temporal, se encuentra la corteza auditiva primaria.

Finalmente, en la parte inferior del lóbulo frontal se ubica el área de

asociación prefrontal.

Figura 14b

Page 26: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

La organización del sistema nervioso central involucra vías sensoriales

específicas.

En el esquema (abajo) se ejemplifican dos vías que relacionan el receptor con el

área específica de la corteza cerebral que es activada.

En el primer caso, al estimular receptores de presión ubicados en la piel de

un dedo, los impulsos nerviosos viajan por neuronas sensoriales a través de la médula

espinal. La información se cruza al lado opuesto mediante neuronas de asociación o

interneuronas, para luego entrar al encéfalo y establecer un nuevo relevo en el tálamo.

Finalmente, desde ahí la información es conducida hasta la corteza sensorial, donde se

producirá la sensación de tacto.

El segundo ejemplo muestra una vía mucho más breve, puesto que ocurre

en los límites de la cabeza: La estimulación de la retina de los ojos, permite el envío de

impulsos a través del nervio óptico, ligeramente por debajo del encéfalo. Las neuronas

de los nervioso ópticos se cruzan parcialmente en el tracto óptico, para luego ser

conducidas hasta la corteza visual localizada en el lóbulo occipital.

En ambos casos, la vía sensorial converge en la corteza cerebral. Debe

recalcarse que pese a que se trata de sensaciones muy distintas (tacto y luz), la

corteza sensorial primaria y la corteza visual primaria vistas al microscopio se ven

exactamente iguales.

Antiguamente, para definir la función de cada área de la corteza se

estudiaban el efecto de lesiones cerebrales, ya sea durante procedimientos quirúrgicos

o autopsias. De esta forma, si una persona había quedado ciego tras un golpe, al morir

se constataba que la lesión había afectado su corteza occipital. Hoy en día existen

técnicas de exploración que permiten observar la actividad cerebral en vivo. Por

ejemplo, la tomografía de emisión de positrones (TEP) permite averiguar qué área

cerebral es la que se activa cuando una persona lee, escucha o habla.

La tomografía de emisión de positrones es una técnica de imagen en la que

se administra a una persona un compuesto marcado radiactivamente, como por

ejemplo, glucosa marcada con carbono radiactivo. Luego, la persona es dispuesta en

una enorme máquina con un agujero de forma cilíndrica: el tomógrafo. En la medida

que la glucosa marcada es metabolizada por el cerebro, su radioactividad es

desprendida en forma de unas partículas llamadas positrones. Como los positrones

poseen la misma masa, pero carga opuesta a los millones de electrones presentes en

otras moléculas del cerebro, ambas partículas chocan y se destruyen, produciendo un

nuevo tipo de radiación. La radiación producida son los rayos gamma, los que son

detectados específicamente por el tomógrafo, generándose una imagen de la zona del

cerebro que hace mayor uso de la glucosa o, dicho de otra manera, la zona más activa.

Figura 15b

Figura 17

Page 27: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

TEP de cerebro en reposo

TEP de cerebro, obtenido mientras a la persona se le

hace escuchar música

TEP de cerebro, obtenido mientras a la persona se le hace observar un dibujo.

TEP de cerebro, obtenido mientras a la persona se pide que mueva un pie.

El lenguaje es una función que requiere la integración de varias áreas cerebrales.

La imagen de la figura 19 muestra las áreas cerebrales que se activan durante

diferentes aspectos relativos al lenguaje.

Page 28: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Áreas corticales

El cerebro no sólo presenta un mapa anatómico, sino que también presenta

una localización funcional que nos permite reconocer sus áreas.

Las áreas corticales son de 3 tipos:

- Sensoriales: Reciben las aferencias sensitivas y se hacen conscientes.

- Motoras: Envían las órdenes motoras voluntarias.

- De asociación: Áreas corticales integradoras y coordinadoras que contactan

áreas motoras y sensitivas.

Áreas sensoriales:

Área somestésica o sensitiva general: Se ubican en la zona post Rolándica de

la corteza. Esta área recibe las sensaciones generales: tacto, presión, calor, frío

y propiopercepción.

En esta área se encuentran representados todos los segmentos del cuerpo

humano, donde la cantidad de área asignada es directamente proporcional al

número de receptores sensoriales que hay en cada parte del cuerpo. Es tan

exacto este mapeo (somatotopía) de la corteza somestésica que se habla del

humúnculo sensitivo, es decir, la proyección o dibujo de un hombre, en el cual la

proporción de sus segmentos corporales dice relación con la calidad y cantidad

de información que envían sus receptores. Las zonas con mayor representación

manifiestan mayor sensibiidad.

Corteza motora: manda

señales a los músculos para

que realicen el movimiento.

Corteza sensorial: recibe

información de los sentidos.

Corteza visual.

Corteza auditiva.

Corteza de asociación, que

analiza la información y

elabora las respuestas

Page 29: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

En los siguientes gráficos, se representan los homúnculos, en los que se

representa cada parte del cuerpo con un tamaño relativo a la importancia que tienen

las sensaciones o la motricidad.

Áreas sensoriales especiales: Son aquellas áreas de la corteza en las cuales

se procesa la información proveniente de cualquier órgano sensorial, que tienen

sus receptores en regiones bien localizadas del cuerpo.

Estas áreas son:

- Área visual primaria: Se ubica en el lóbulo occipital.

- Área auditiva primaria: se ubica en el lóbulo temporal.

- Área gustativa primaria: Se encuentra en el lóbulo parietal.

- Área olfativa primaria: Se encuentra en el lóbulo temporal.

Page 30: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Área Motora Primaria:

Se ubica en la circunvolución ubicada inmediatamente por delante de la

cisura de Rolando, en el lóbulo frontal. En esta área se originan los impulsos nerviosos

destinados a iniciar el movimiento voluntario.

Tal como ocurre en el área somestésica, cada porción de esta área controla

el movimiento de un segmento corporal. Obviamente, los segmentos del cuerpo

encargadas de la motilidad fina tendrán un mayor número de neuronas a sus

disposición y, por lo tanto, tendrán mayor representación cortical. Es tan exacto este

plano de la corteza motora que se habla del homúnculo motor, es decir, la proyección o

dibujo de un hombre, en el cual la proporción de sus segmentos corporales dice

relación con la capacidad de movimiento de cada uno de los músculos.

Área premotora: Está localizada inmediatamente por delante de la corteza

motora primaria. La topografía de esta área es similar a la de la corteza primaria,

con predominio de manos y cara. Las señales nerviosas originales en esta área

producen movimientos que comprometen a grupos de músculos que realizan

tareas específicas aprendidas, como escribir.

Page 31: AnatomIa y FisiologIa Del Sistema Nervioso

Áreas de Asociación:

Se distribuyen en la corteza cerebral y no ocupan lugares específicos.

Conectan las áreas sensitivas y motoras entre sí, entregando todas las sensaciones y

la motricidad en un solo y complejo panorama.

Área asociativa Parieto-Occipital Temporal: Recibe gran cantidad de

información de las áreas sensitivas que la rodean. Esta área entrega información

tanto de la posición de todas las partes del cuerpo en el espacio, como de sus

alrededores.

Área de Wernike: Principal área de comprensión del lenguaje. Además, se

relaciona con funciones intelectuales superiores.

Área de Broca o Locución: Inmediatamente por delante de la corteza motora

primaria y por encima de la cisura de Silvio, es la que permite ejecutar los

movimientos para pronunciar las palabras. Trabaja en estrecha relación con el

área de Wernike.

Núcleos grises de la base: Son formaciones de sustancia gris ubicadas en la

profundidad del cerebro. Aunque en algunos animales inferiores son de

primordial importancia, en el ser humano se encuentran bajo la influencia de la

corteza. Algunos de ellos constituyen importantes centros independientes de la

vía motora voluntaria (piramidal) y son, por lo tanto, importantes en la regulación

de movimientos automáticos. Por ejemplo, los núcleos caudado y lenticular

participan en el control del tono muscular y movimientos automáticos, como

caminar, andar en bicicleta,etc.

Otro de los núcleos de la base es la sustancia nigra que sintetiza dopamina. La

deficiencia de este neurotransmisor provoca el mal de Parkinson.