2º Parcial, Parte I

Psicobioloxía – (2º Parcial)
Neurociencia y conducta – Kandel
Medical Physicology – Boron

E. sensoriales  SNC (info. uso propio)  Comportamientos + Respuestas motoras
Todo gracias a los principios de funcionamiento de las neuronas, comunes en todo el conjunto del SN.

Los modelos son comunes a todas las ciencias. Herramientas de conocimiento con tres características: Representación, explicación y son herramientas predictivas. No todos los modelos son perfectos/completos. Algunos solo poseen una o dos propiedades.
Tienen una motivación ética en PS o MED. Algunos experimentos por ser invasivos pueden dañar el SN y se hacen de forma indirecta sobre modelos (como pueden ser otros seres vivos).
Ejemplo: Las neuronas son células que no se reponen. Son únicas en la vida y si se destruyen no se recuperan. Por la contra, la piel se regenera completamente cada pocos meses.
Los experimentos agresivos sobre otros SV tienen finalidad experimental, los registros con SH tienen una finalidad únicamente curativa y en casos especiales.

Ventajas de los modelos:
1. Control de las variables
2. Rapidez (p.Ej: Fenómenos sobre maduración del SN. En moscas el ciclo vital es únicamente de varias semanas).
3. Costo (Modelos más económicos).
4. Seguridad (Algunos experimentos pueden ser peligrosos).

Modelos físicos: Representación tangible (Modelos experimentales), tienen sus propias reglas de funcionamiento y son muy similares al SH en alguna de sus características. Animales, cultivos celulares, mutaciones sobre animales, maquetas, etc.

Modelos conceptuales: Son una representación + explicación. Son intangibles.
Creados por el hombre con las reglas de comportamiento que queramos imponerles. Esquemas.

Modelos formales: Son una herramienta predictiva. Son modelos conceptuales donde las reglas de comportamiento forman parte de sistemas deductivos. Matemáticas, lenguaje de programación.
A través del método matemático: Axiomas deductivos. Su inconveniente es que es necesario el dominio de ese sistema deductivo.

Sistema Nervioso (SN)
• Central (SNC): Sus axones no pueden regenerarse y la neurona muere
o Encefalo
o Médula espinal
o Retina
• Periférico (SNP): Sus axones en algunos casos sí se pueden regenerar.
o Ganglios raquídeos
o Receptores sensoriales
o Nervios
• Autónomo (SNA): Controla las repuestas vegetativas.
o Sistema simpático
o Sistema parasimpático

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Células del sistema nervioso:
• Neuronas: Responsables del manejo de la información.
• Células gliales: glía = unión.
o Microglía: Células de la sangre producidas en la médula de los huesos y que se han aposentado en el SN. Función inmunitaria.
o Macroglía: Producidas durante el desarrollo en el SN.
 Célula de Schwan
 Astrositos
 Oligodendrocitos

Neuronas: Células independientes.
• Similitudes con otras:
o Estructuras subcelulares
o Funciones metabolicas
o Distribución de iones (común a todas las células animales)
• Diferencias:
o Metabolismo muy elevado (solo similar en el músculo del miocardio y la corteza renal)
o Las neuronas no se reproducen en la etapa adulta. No entran en mitosis.
o Son células especializadas en la comunicación (incluso para sus funciones vitales) “rasgo romántico” según Navarro.
o Están rodeadas por diferente medio extracelular al resto.
 No contiene aminoácidos, proteínas o macromoléculas.
• Algunos aminoácidos son neurotransmisores. El contacto con las células del SN es interpretado como una señal sináptica. “Locura neuronal”
• Algunas proteínas son capaces de afectar a receptores neuronales. “Recinto aislado de ruidos”
• Algunos antibióticos son macromoléculas. En caso de infección no llegan al tejido.
 Menor potasio que en el resto del organismo y en niveles muy constantes.
 La actividad de los astrositos, barrera hematoencefálica y la composición del liquido céfalo-raquídeo tienen como objetivo aislar al SN de estas moléculas.

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El peso cerebral equivale al 2% del peso total del organismo. Además el SNC:
• Consume el 15% del flujo sanguíneo
• Consume el 20% del oxígeno
• Consume el 50% de la glucosa

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Células gliales: Son de diez a cincuenta veces más numerosas y no participan en el procesamiento de la información. Sus funciones son:
• Dan consistencia mecánica al tejido nervioso (no posee proteínas).
• Producen mielina que se sitúa en espiral sobre los axones de las neuronas. La mielina en los axones es un producto evolutivo. Aumenta la velocidad de propagación en los axones. Las células productoras son:
o Oligodendrocitos en el SNC
o Células de Schwann en el SNP
• Retiran los restos celulares por fagocitosis
• Captan sustancias químicas del medio extracelular.
o El glutanato es un aminoácido que se libera en las neuronas por el Terminal pre-sináptico. Casi la totalidad se recupera, aun así el que se pierde es retirado por los astrositos. (Es un neurotransmisor)
o Iones de K+ y H+
• Guían a las neuronas durante el desarrollo del SN. (Neurona -> Axón -> Neurona) en unas conexiones que se mantienen de por vida.
• Los astrositos promueven la barrera hematoencefálica
• Participan y colaboran en la nutrición de la neurona.
o Lactato: Suministrado a las neuronas.
o Glutamina: Precursor del glutanato que funciona como neurotransmisor.

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Tipos de células gliales:
• Astrocitos: Las hay en mayor número que las neuronas, intercambian polilactato, glutamina… Tienen forma de estrella, estructura constante entre las neuronas y capilares. Inducen en el endoterio (pared capilar) engrosamiento, funciones encimáticas, y eliminan huecos. Modifican la estructura del capilar formando la barrera hematoencefálica. Separan el fluido extracapilar del fluido intracapilar. Contactos sobre el cuerpo de las neuronas y hoquedades con centros de sinapsis en el interior.
• Oligodendrocitas: Ramificadas, más pequeñas.[El SNC esta formado por la “sustancia blanca” donde hay axones y la “sustancia gris” donde hay neuronas]. Muy cercanas a la neurona pero sin tocarla. Producen mielina sobre los axones en el SNC (hasta 15).
• Células de Schwann: En el SNP proporciona mielina solo a su axon.

[La mielina no es continua. Forma como vainas con espacios al descubierto (Nodo de Ranvier). Su tamaño es de entre 1 y 1,5 milímetros]

[El endoterio es la última y única capa capilar: Tiene pequeños agujeros, huecos entre el espacio capilar y el exterior (fenestrados) que permiten el paso de macromoléculas (proteinas, vitaminas, vacterias, virus, fármacos…)]

[|| 7 ||En el SNC los pies terminales del astrosito abrazan los capilares haciendo que estos no sean fenestrados. No permiten el paso de macromoléculas. Mayor espesor de la pared capilar. Abundantes mitocondrias (mucha energía metabólica). Contacto con las células con broche formando una barrera impidiendo el paso de sustancias. El paso de estas sustancias se hace a traves de transportadores celulares (proteinas y otros). Esto se denomina barrera hematoencefálica].

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Líquido cefaloraquídeo: En el interior de la caja craneana.
[Caja craneana contiene: Encefalo, cerebelo y tallo encefálico]. La superficie del cerebro (sustancia gris) está en contacto con este líquido.
El cerebro posee flotabilidad casi nula. El peso sobre la base del cerebro apenas es de unos pocos gramos (colchón de agua). Mecánicamente protector de los golpes.
Este líquido se produce en el interior del cerebro en los ventrículos.
Es absorbido por los vasos venosos y reexpulsado. Parte del líquido sigue canalizado por la médula hacia todo el SNC.
Se produce en el techo de los arcos. En total son aproximadamente 180 cm cúbicos. (30 en conductos, 150 en superficie). Se renueva constantemente 3 o 4 veces al día.

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Plexo coroideo: Son los capilares fenestrados donde se produce el LCR, en un epiterio (celula). Los ventrículos están tapizados por células ependimarias.
• Las celulas epiteriales donde se produce el LCR no permiten el paso de grandes moléculas como en los capilares del SN. (Filtrado).
• Las células ependimarias separan dos líquidos de la misma composición dentro del SN. Capilares con barrera hematoencefálica. (99,9% del SNC)
• Pequeñas zonas (1 o 2 milimetros cúbicos) cerca del acueducto (Zonas Reriacueductuales) Zonas de tejido nervioso atravesadas por capilares fenestrados para conocer el tipo de material extracelular del resto del cuerpo. (“expias neuronales”). Para no ensuciar los ventrículos existen barreras hematoencefálicas de células ependimarias. La zona está rodeada de astrositos.
El LCR sale a la superficie es reabsorvido.

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Prototipo de neurona: Tiene la zona con núcleo más engrosada (soma) desde donde emite prolongaciones.
• El soma contiene el núcleo, el aparato de Goldi, ribosomas y mitocondrias. Su tamaño es aproximadamente de 20 a 50 nanómetros de diámetro. Son células pequeñas con forma piramidal o generalmente esféricas.
• Hay dos tipos de prolongaciones:
o Dendritas: Generalmente se presentan varias y muy ramificadas (del griego árbol. Estudiado por el español Cajal y el italiano Goldi). Son menores que los axones y hasta centímetros más gruesas que el axón. Nunca están mielinizadas.
o Axón: Solamente hay uno que rara vez se divide en dos. Es de longitud variable hasta 1,5 metros o 50 nanómetros. Su diámetro es de 0,2 nanómetros, excepto excepcionalmente cuando puede ser de 20 nanómetros.
 Cono de arranque o colina axónica: Funcionalmente distinta al resto del axón que generalmente está cubierto por vainas de mielina con interrupciones en los llamados nodos de Ranvier.
[En el humano existen axones sin mielina en varios casos particulares].
 Final de axón: Terminación presináptica en proximidad del soma de otras células. Terminaciones axómicas sobre la superficie del soma o extremos de las dendritas (contactos sinápticos).
 Velocidades de transmisión: Variables. Las máximas se presentan en los axones con mielina o en función de su mayor grosor. Desde 3,6 Km/h hasta 360 Km/h.
[Cajal (premio Nobel) estudió la especificidad en las conexiones y la polaridad dinámica].

- En el SH existen alrededor de 1011 neuronas. Las conexiones específicas estudian cómo una neurona en un lugar concreto recibe y emite a dos neuronas concretas. La información siempre viaja en la dirección dendritas – soma – axón. (Excepto en casos concretos de la retina)
- Entre el contacto presináptico y postsináptico (de especies superiores) NO existe contacto físico. Solamente hay una aproximación.

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Variedades morfológicas:
• Neuronas unipolares: No las hay en el SH ni en animales vertebrados superiores. Sí en insectos y moluscos. Aparecen en los estados embrionarios.
• Neuronas bipolares: Poseen dos prolongaciones. En el SH solo se encuentran en la retina dentro del tejido fotorreceptor como son: los conos, los bastones y las capas posteriores.
• Células pseudomonopolares/unipolares: La prolongación se divide en dos inmediatamente. (Prolongación en T). El axón aumenta mientras la dendrita disminuye. Solo se encuentran en los ganglios raquídeos (dos cadenas de ganglios q los lados de la médula espinal). Son sensoriales, transmiten la información hasta el tallo cerebral. Tienen las dendritas y axón más largos del SH. Se ramifican en los extremos.
• Células multipolares:
o Motoneurona espinal: Tiene forma de erizo con un número variable. El soma se encuentra en la médula y el axón está en contacto sináptico con músculos de contracción voluntaria. Reciben 8000 sinapsis en dendritas y 2000 sinapsis en el soma.
o Célula piramidal: Se encuentran en la corteza cerebral. Tienen una dendrita principal que termina en ramificaciones horizontales y un plano inferior de dendritas. En algunas el axón emite hasta tres colaterales (la del ejemplo en concreto, recurrente) cubiertas de espinas (cobertura rugosa) que son terminaciones para recibir sinapsis.
o Célula de Purkinje: Se encuentran en la corteza del cerebelo. Lanzan un árbol dendrítico con la forma de un plano. Poseen una inmensa capacidad de integración con alrededor de 150.000 entradas.

Importante: Las dendritas son el soporte por donde reciben información. Cuantas más dendritas y más ramificadas, más información reciben.

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Interneuronas: Llevan información desde un sitio a otro.

En todas las neuronas hay cuatro zonas funcionales:
1. Entrada: El punto de acceso sináptico de la información.
2. Activación: Lugar donde la neurona una única respuesta.
3. Conducción: Estructura que lleva la información a otro sitio. No sufre transformación la información.
4. Salida: Lugar por donde esa neurona comunica ese mensaje a otras neuronas.

• Neurona pseudomonopolar: Neurona sensorial. Es la única excepción a la mielina, que, en este caso, cubre el axón y la dendrita (única).
o Entrada: Terminaciones en la piel, músculo o tendones (o algunas veces libres, entre células o fibras musculares) o en receptores (células especializadas en señales).
o Activación: Segmento inicial antes de la primera vaina de mielina. Donde se elabora la señal a transmitir.
o Transmisión: Dendrita y axón.
o Salida: Sinapsis y axón (médula o tronco cerebral).
• Motoneurona espinal:
o Entrada: Dendritas y soma. (Recibe sinapsis)
o Activación: Colina axónica (zona de arranque) y trozo hasta la primera vaina de mielina. Donde elabora el mensaje de salida.
o Conducción: Todo el axón mielinizado.
o Salida: Sinapsis sobre los músculos de contracción voluntaria.
• Interneuronas: Están en la corteza cerebral en núcleos o agrupaciones en el SNC. Transmiten la información a células próximas.
• Interneuronas de proyección: Conectan núcleos entre si.
• Célula neuroendocrina: Situadas en la hipofísis (pocas en la base del craneo).
o Entrada: Dendrita y soma.
o Activación: Colina axónica y principio antes de la primera vaina de mielina.
o Salida: Terminaciones presinápticas sobre un capilar sanguineo. Señal química que llega a lugares fuera del SN. (Ejemplo: Mecanismo de concentración de orina en el riñón).

Señales que pueden ser registradas en los segmentos: Son oscilaciones en el potencial transmembranal. Los ejes son calibrados en milisegundos. Muy rápidas.
• Zona de conducción: Potenciales de acción (Espigas). Son muy fugaces (como chispazos).
• Zona de salida: Es la liberación de una sustancia química (neurotransmisor) o si es un capilar, una hormona.

El 90% de las neuronas son interneuronas de ambos tipos.

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Conceptos relacionados con la información en el SN:
• Señal: Oscilación controlada de algún parámetro físico. En las neuronas es el potencial transmembrana.
El interior de la célula es eléctricamente negativo respecto del exterior (60mV).
En la neurona este potencial oscila para ser interpretado por otra neurona diferente.
o Amplitud [mV]: Altura de la señal en la gráfica
o Duración [ms]: Longitud en la gráfica. Puede ser desde 1ms hasta 50ms.
o Frecuencia [Hz, osc/s]: (1) Numero de señales que puede transmitir (o cantidad de oscilaciones en un segundo) y (2) las frecuencias que componen la oscilación (cuanto de abrupta es la subida o la bajada).
• Transcripción: Cambio de una magnitud física en otra. Fundamentalmente en los órganos sensoriales. (Ejemplo: El termómetro, donde la longitud de la columna de mercurio significa una temperatura).
[En los receptores sensoriales del tacto en la piel se mide la fuerza newtoniana que se traduce a un cambio en el potencial transmembrana. También en la retina la intensidad de la luz y la frecuencia lumínica induce cambios en el potencial transmembrana].
• Una transcripción es posible y fiel cuando estas dos magnitudes están en función lineal, permitiéndonos obtener fácilmente un dato proporcional (Teorema de tales).
• En los órganos se presenta lo conocido como saturación. A partir de una acción que supera cierto nivel (nivel de saturación) un incremento de cierta cantidad en la entrada, no produce efecto sobre la salida. Se produce la saturación de entrada. Todos los órganos de los sentidos y la piel son saturables.
Algunos órganos se acomodan. Nuestros receptores dejan de transmitir una señal aunque persista la entrada. [Los fotorreceptores de la retina no acomodan. El SN siempre recibe una respuesta].
Con la acomodación responden frente a los cambios en la cualidad del estimulo. Notifican la información más importante. El valor absoluto no importa, solo su cambio (proceso adaptativo preparatorio por evolución).
[El peso de la ropa. El olfato donde cuando un olor se mantiene durante mucho tiempo dejamos de percibirlo.]
• Campo receptor: Es el área en la que una neurona recibe respuesta. [En la piel o retina es una superficie sencilla. Un punto luminoso produce un cambio en el receptor de una o varias neuronas. Otro ejemplo son las frecuencias sonoras en algunas neuronas (1000 – 1.152Hz). La neurona no responde si es estimulada fuera del intervalo].

Algunas neuronas presentan zona de inhibición y zona de activación (en la piel y retina).

• Codificación: Un mensaje cambia de alfabeto. (En el lenguaje Morse las letras cambian a puntos y rayas). A pesar de que en el SH sucede constantemente, todavía no se conocen todos los códigos.
o Intensidad::frecuencia: La neurona codifica la intensidad en un código de frecuencias. A mayor intensidad, mayor frecuencia. [Por ejemplo, una neurona sensorial en un campo receptor. Si una fuerza permanece constante en un período de tiempo, esa señal transmitida es una espiga (por ejemplo 30Hz).
Cuando el estímulo cesa, se deja de transmitir.
Si volvemos a estimular con una fuerza mayor esta neurona transmitira una señal de mayor frecuencia (por ejemplo 100-150Hz)].

• Transmisión o conducción :
o Atenuación: Algunas veces el medio absorbe la información y esta se atenúa.
 Espacial: Cuanta mayor distancia exista, peor será la interpretación de la señal (el caso de la linterna. Sucede en las dendritas y en el soma, pero no se da en los axones).
 Temporal: Es el suceso de extinción de la señal en el lugar donde se produce. Produce una forma característica en el tiempo. [Por ejemplo, la desaparición lenta de la luz al apagar una lámpara de filamento incandescente frente a la rápida desaparición de la luz en una barra fluorescente].
o Velocidad de la información: Es muy variable, desde los 3,6Km/h hasta los 360Km/h.
• Integración: Las neuronas no solo transportan información, si no que también obtienen un resultado distinto de las entradas (la generan) a través de dos operaciones:
o Sumación espacial (suma y resta algebraica): Diferentes señales simultaneas en un árbol dendrítico.
o Sumación temporal: Mecanismo de integración que suma la respuesta a una señal de entrada a otra que se produce después (dentro de unos límites). Es un mecanismo subyacente a la memoria a nivel celular o membranal.
[Algunas neuronas parecen capaces de dividir, aunque no todas. De momento no se conoce ninguna neurona con la capacidad de multiplicar].

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Circuito neuronal (para comunicarse):
El “circuito mínimo” es el conocido “arco reflejo miotático”, relacionado con el SN en el músculo. Para que exista función neuronal son como mínimo necesarias dos neuronas. En este caso hay dos neuronas con otras dos acopladas a ellas.
En el SNC, la rama aferente es la de entrada de información y la rama eferente la de salida de esta.
Todos los músculos de contracción voluntaria están sometidos a este proceso (excepto la contracción muscular extrínseca del ojo). En el interior del huso neuromuscular, una fibra arrollada en espiral alrededor de una fibra muscular es un órgano sensorial que informa al SN del grado de acortamiento que tiene el músculo.
Una dendrita que entra en la médula y hace sinapsis con una motoneurona que manda un axón e inerva el músculo del que le llega la información. Al golpear el tendón de la rótula, este experimenta un tirón sobre la rótula. La señal transmitida llega a la sinapsis y la respuesta de la motoneurona es la contracción del músculo.
Además de la aferente, la eferente también estimula una interneurona local inhibitoria, produciendo una inhibición sobre la motoneurona próxima del músculo antagonista. Esa inhibición no la transmite, solamente deja de operar brevemente, permitiendo el estiramiento del músculo antagonista de forma que se evita una oscilación. [Íntimamente relacionado con el control postral].
Este es un mecanismo de control y corrección sobre la tracción de cualquier músculo en animales superiores para el mantenimiento clásico y dinámico de la postura. (Un empujón en un maniquí lo hará caer, mientras que a una persona no). Cada pequeña acción produce una reacción (andando, en el autobús…) en todos los músculos excepto en la musculatura extrínseca del ojo. El SNC al hacer un movimiento controlado “modula” este arco reflejo.
• Divergencia: Una información que procede de un sitio se abre en estrella y se manda a varios sitios. En este caso cada fibra aferente sensorial alcanza hasta 500 motoneuronas.
• Convergencia: Una motoneurona recibe información de varias fibras sensoriales. En este caso, como mucho, recibe 50 fibras sensoriales.
Las posibilidades de comunicación son casi infinitas al haber 100.000 millones de neuronas en el SN.

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Las señales en el SN son diferentes al potencial transmembrana. Nunca se han medido. Éticamente no se puede hacer en el SH, pero sí en simios y neuronas aisladas en cultivos (desde -60mV hasta -67mV, siendo el interior negativo respecto el exterior. No es un valor muy firme, aunque siempre ronda los -60mV).
- En las gráficas, el tiempo se mide en (ms) y la intensidad de las señales en (mV). La línea base indica -65mV y los picos alcanzan entre -50mV hasta -30mV. Cuando se van a cero, existe una despolarización. Cuando son negativas, se denomina hiperpolarización. A mayor estímulo, mayor despolarización.
- Umbral: Es la frontera que si se traspasa permite que se produzca respuesta. En el caso contrario, no se produce tal respuesta. Si dicho umbral no existe, cualquier señal por pequeña que sea siempre produce respuesta.
- Codificación: Mide solamente con una letra, si existe potencial.
[Un ejemplo puede ser una neurona sensorial de tacto y presión, donde una fuerza produce una variación del potencial transmembrana generando una transducción.
(+) A mayor intensidad, se producen más espigas con mayor frecuencia, liberando mayor cantidad de neurotransmisor en el mismo tiempo.
(=)Manteniendo la misma intensidad durante un mayor período de tiempo, se produce una acomodación. La frecuencia es la misma pero va bajando poco a poco en el tiempo. Como resultado se libera más neurotransmisor en más tiempo bajando poco a poco el ritmo].

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Modelo de un canal iónico: Todas las células animales y vegetales están polarizadas pero en las neuronas, en específico, esta polarización cambia. Tiene que haber cargas eléctricas (iones). Estos iones implicados son:
• Sodio, Na+
• Potasio, K+ (siempre).
Ambos monovalentes positivos.
• Cloro, Cl- Monovalente negativo.
Estos iones proceden de la disociación al diluir el cloruro sódico (NaCl)

En todas las membranas biológicas, las sustancias con carga no pueden pasar, excepto por los canales, unas estructuras formadas por cadenas de proteínas (como varillas) formadas por cinco subunidades agrupadas formando un mazo con un hueco o canal.
• Boca del canal (1-2nm)
• Membrana celular: Doble capa de lípidos (7nm)
• Cuello de botella: Zona estrecha en la garganta del canal (0,1-0,5nm)
Permiten el paso del potasio (0.2nm), sodio (0,1nm), cloro (0,1nm), y moléculas de agua (forma de trébol, con 0,2nm en su zona mayor). Pasan de uno en uno y en fila india.
[Descubierto por Hopkin y Husner (británicos y premios Nobel). En 1980 un japonés clonó un canal]

Es una teoría difícil de aceptar, dado que los canales, si son tan estrechos, frenarían el paso y flujo iónicos. Sin embargo, los iones por un canal pasan a velocidad de 1millón/segundo. Esta teoría es incompatible con las fuerzas de fricción.
En respuesta se ha descubierto que la cara interna del canal está tapizada de cargas eléctricas. Los iones son atraídos y la energía cinética se dirige en el eje del canal. (Es como una pista de patinaje, no tiene rozamiento).