Universidad de Puerto Rico Aguadilla

Capítulo 12 Tejido Nervioso Biol 3791 – Biología Humana III

José A. Cardé – Serrano, PhD Modificado de Dr. Jesús Lee Borges

Objetivos

• • • • Describir las dos principales divisiones del sistema nervioso y sus características. Identificar las estructuras de una neurona típica. Describir la localización y función de la neuroglia. Explicar como el potencial de membrana en reposo es creado y mantenido.

Objetivos (continuación)

• • • • Describir los eventos envueltos en la generación y propagación de un potencial de acción. Describir la estructura y función de una sinapsis. Nombrar los principales neurotransmisores. Explicar el procesamiento de información en el tejido nervioso.

Introducción al Sistema Nervioso - Control

• • • Sistema Nervioso • Provee respuestas breves y rápidas a estímulos; a corto plazo Sistema Endocrino • Ajusta las respuestas metabólicas y cambios; a largo plazo Sistema Nervioso incluye • Todo el tejido nervioso del cuerpo • Cerebro, cordón espinal, nervios y receptores • • Neurona = Unidad funcional básica Neuroglia= tejido conectivo nervioso

Divisiones Anatómicas del Sistema Nervioso

• SNC (Sistema Nervioso Central) • • Encéfalo y cordón o médula espinal Integración, procesamiento y coordinación (sensorial y motora) • SNP (Sistema Nervioso Periferal) • Tejido nervioso fuera del SNC • Nervios: craneales y espinales

Divisiones Funcionales del Sistema Nervioso I

• SNP (Sistema Nervioso Periferal) • Tejido nervioso fuera del SNC • Nervios: craneales y espinales • División aferente trae información sensorial desde de los receptores, PLT: • División eferente lleva información motora hacia los efectores, PLT: • • División eferente incluye al sistema nervioso somático y autónomo Autónomo incluye simpático y para simpático

Divisiones Funcionales del Sistema Nervioso II

• División eferente lleva información motora hacia los efectores, PLT: • INCLUYE al SN Somático y al SN Autónomo • Controla músculos esqueletales • Autónomo – Sistema nervioso visceral • Provee regulacion automática a musculos viscerales o lisos, cardiaco, glandulas a nivel subconciente • INCLUYE : simpático y para simpático • • Son antagonistas Simpático – FOF • Para Simpático - ROR

Figura 12.1 Resumen funcional el sistema nervioso

Figure 12.1

SECCIÓN 12-1 Neuronas

Estructura de la neurona

• • • Soma (cuerpo) • • • • Núcleo y nucleolo Nissl (gris)= RER Mitocondrias Pericarión (citoplasma) - No centriolos • Neuro-Citoesqueleto, Energía, Síntesis Dendritas – procesos que salen del soma, por aquí se recibe la información, sensoriales Axón – proceso citoplásmico propaga el impulso elécrico o el potencial de acción • Axoplasma, axolema - lisosomas, neurocitoesqueleto • Colaterales

Figura 12.2 Anatomía de una neurona multipolar

Montículo Axónico Colaterales • Terminación axónica - telodendrias • Bulbo terminal sináptico Figure 12.2b

Sinapsis

• • Lugar de comunicación intercelular • Neuronas presinápticas y postsinápticas: terminal sináptico Neurotransmisores se liberan del terminal sináptico de la neurona pre-sináptica • Afectan la actividad de las postsinápticas • Ejs de uniones - neurona - neurona - interneuronal - neurona - muscular - neuromuscular - neurona - glándula - neuroglandular Manija (bulbo) sináptica - terminación en las interneuronales Hendidura sináptica Membranas pre y post sinápticas

Figura 12.3 Estructura de una sinapsis típica

Transporte axoplásmico –kinesinas, dineína -anterógrado -retrógrado -rabia Figure 12.3

Figura 12.4 Clasificación estructural de las neuronas

• Anatómica (estructural) • Anaxónica - axones y dendritas no se distinguen, cerebro y sentidos especiales • Bipolar - dendritas y axón separados por el soma; sentidos especiales, pequeñas Figure 12.4

Figura 12.4 Clasificación estructural de las neuronas

• Unipolar - dendrita y axón contínuos; soma a un lado, sensoriales periferales, largas • Multipolar - 1 axón y 2 dendritas; comunes en el SNC, controlan músculos Figure 12.4

Clasificación funcional de la neurona

• Neuronas sensoriales • Forman la división

aferente

del SNP • Llevan información desde__________ hacia__________ • • Neuronas motoras • • Forman la división

eferente

del SNP Somaticas y autonomas Ínterneuronas (neuronas de asociación) • • Localizado en el SNC Distribuye la información sensorial y coordinan la respuesta motora

Figura 12.5 Clasificación funcional de las neuronas

Figure 12.5

SECCION 12-2 Neuroglia

Neuroglia del SNC - Tejido Conectivo SN

• Cuatro tipos de neuroglia en el SNC • Células epindemarias: Revisten ventrículos cerebrales y canal central • Ciliadas, secretoras, sensoriales: CSF • Astrocitos : Mas grandes y numerosos • • • Metabolismo de los neurotransmisores:absorben y reciclan BBB - Barrera hematoenceflica Desarrollo y reparación de tejido Neural • Oligodendrocitos • Producen la vaina de mielina en los axones del SNC, materia blanca • Microglia • Células fagocíticas, derivadas de línea común con monocitos y macrófagos

Figura 12.6 Introducción a la NEUROGLIA

Figure 12.6

Figura 12.7 Neuroglia en el SNC

Recubierta ependimal en el canal central - SNC

Figure 12.7a

Figura 12.7 Neuroglia en el SNC

Relacion entre neuronas y neurogliales en SNC

Figure 12.7b

Neuroglia del SNP

• Dos tipos de neuroglia en el SNP • • Células satélites • • • Rodean el cuerpo celular de las neuronas en los ganglios Ganglios: cuerpos celulares de neuronas en el SNP Regulan el ambiente alrededor de las neuronas Neurolemocitos (Células de Schwann) • Revisten los axones en el SNP (mielinados o no) • Forman la vaina de mielina en segmentos

PLAY

Animation: Nervous system anatomy review

SECCION 12-4 Neurofisiología: Iones y señales eléctricas

El potencial transmembranal

• • • • Todas las células tienen un potencial transmembranal • • De este depende la actividad celular neural El de reposo, es con lo que comienza cualquier actividad Potencial de grado: • Cercano al area del estímulo Potencial de acción • En la membrana del axón, la propagación de un impulso eléctrico Actividad sináptica • Resulta del de acción y genera más de grado

El potencial transmembranal

• Fluído Intracell y Extracell difieren iones • • Na+ y Cl- afuera vs K+ y proteínas (-) dentro Si la membrana fuera libremente permeable; por difusión se igualaría la distribución • Como la membrana no lo es entonces... PLT: los iones solo se mueven por canales cuando esten abiertos • En reposo; el movimiento ocurre por canales constitutivamente abiertos (pasivo) y por T activo (bomba)

Figura 12.11 Introducción al potencial de membrana en reposo

-

Intracelular vs Extracelular

-

Membrana es selectivamente permeable

-

Distribución desigual de cargas

-

Fuerzas pasivas y activas simultáneas.

Figure 12.11

El potencial transmembranal en reposo

• • • • Fuerzas Pasivas en la membrana • • • Gradiente Químico • K+ intraC > K+ extraC; Na+ extraC > Na+ intraC Gradiente Eléctrico • K+ sale mas rápido que lo que Na+ entra PLT el interior es menos (+) o sea mas ( - ) • El exterior de la membrana es?_________

Actuando a través de la membrana celular Diferencia en potencial: se mide en Voltios (mV) -70 mV = en reposo, el interior es negativo Cargas opuestas se atraen, se crea corriente si no hay resistencia

El potencial transmembranal en reposo

• • • • Cargas opuesas se atraen, se crea corriente si no hay resistencia Gradiente Electroquímico: la suma de todas las fuerzas actuando a través de la membrana celular.

Los gradientes EQ para K+ y Na+ son los principales factores determinando el Potencial de reposo en las células Para K+: • • El gte Químico: es hacia fuera El gdt eléctrico: es hacia dentro • • El gdt EQ = sumatoria Cuando se igualan? Cuando la membrana sea permeable a K+ e impermeable a los demas iones positivos (potencial de equilibrio) Y para Na+?

Figura 12.12 Gradientes electroquímicos

Figure 12.12

Resumen Potencial de Reposo

• • • -90mv- por que la célula es altamente permeable a K; este es el potencial de equilibrio para K+ Aunque el gdte electroquímico para Na+ es grande, la permeabilidad en la membrana es poca, PLT Na+ no afecta tanto el potencial de reposo, lo hace un poco menos negativo (-70mV) • La bomba Na+/K+ (Activa) saca 3 Na+ y entra 2 K+, estabiliza el potencial cuando la razón Pasiva de entrada de Na+ y K+ es 3:2 Al potencial de reposo, ambos mecanismos activos están en balance en aprox -70mV pasivos y

Cambios en el potencial transmembrana

• Membrana posee • Canales pasivos (“leak”) que siempre están abiertos • Su permeabilidad varía de momento en momento, cambios en conformaciones • Canales activos (“gated”) que abren o cierran respondiendo a estímulos • Cerrados pero listo para abrir • Activos abiertos • Inactivos, no se pueden abrir

Tres tipos de canales activos

• • • Canales regulados químicamente • • Abren o cierran cuando interactuan con algun agente Los mas abundantes en dendritas y soma Canales regulados por cambios en voltaje • En membranas capaces de generar y conducir potenciales de acción • En axones Canales regulados mecánicamente • Por distorsión o presión

Figura 12.13 Canales activos

Figure 12.13

Figura 12.14 Potencial local (de grado/graduado)

Figure 12.14.1

Potencial local (de grado o graduado)

• Cambio en potencial que disminuye con la distancia • Cambio en la membrana que no se esparce del lugar de la estimulación • Generado por: un canal (Na+) que abre (no leak) • • • Depolarización - cualquier cambio hacia 0 mV o hacia mV + • • Corriente local - movimiento de cargas + paralelo a la superficie celular Disminuye con la distancia, depende de la intensidad del estímulo Repolarización - regreso al potencial de reposo - bombas y canales, retirar el estimulo Hiperpolarización - por apertura de canal de K+, sale +

Figura 12.14 Potencial local

Figure 12.14.2

Figura 12.15 Despolarización e hiperpolarización

Depolarización y repolarización: en aplicación y remoción de un esíimulo que abre canales de sodio Hiperpolarización: aplicación de estímulo que abre canales de potasio Como pasa el potencial local desde dendritas y soma hasta terminal axónico?

Figure 12.15

Figura 12.16 Generación de un potencial de acción

Figure 12.16.1

Potencial de acción= impulso

• • • Aparece cuando una región de la membrana se despolariza hasta alcanzar el umbral : -70  -60-55  …0  +30 • • Membrana se despolariza local y se activan los canales de sodio regulados por voltaje…Depolarizacion rapida Inactivación de los canales de sodio, activación de los canales de potasio (+30mv) • Sale K+ en exceso por ambos gradientes • • Inactivación de los canales de potasio Regreso a una permeabilidad normal -70 (Bomba y Pasivos) Umbral (+15mV) Todo o Nada

PLAY

Animation: The action potential

Figura 12.16 Generación de un potencial de acción

Propagación de cambios en el potencial de membrana Depolarización hasta el Umbral – Activacion canales Na+ Inactivación de canales de Na+ y activación de K+ Regreso a permeabilidad (pasivos) Todo o nada

Figure 12.16.2

Generación del potencial de acción

Características del potencial de acción

• • • • Generación del potencial de acción sigue el principio del todo o nada Periodo refractorio - desde el comienzo del potencial de acción hasta que regresa el potencial de membrana a reposo Propagación continua (Conduccion) • Propagación del potencial de acción a través de la membrana completa en una serie de pequeños pasos (axon no mielinado) Propagación saltatoria • El potencial de acción se propaga de nodo a nodo, saltando la membrana internodal (axon mielinado)

Figura 12.17 Propagación continua

Segmentos adyacentes… Potencial local, corriente local, …

Figure 12.17

Figura 12.18 Propagación saltatoria

Segmentos separados… Mielina crea resistencia a iones Mas rapido y mas costo efectivo en ATP

Figure 12.18.1

Figura 12.18 Propagación saltatoria

* * Que voltaje medirá en este punto?

Figure 12.18.2

Comparación entre un potencial de acción y un potencial local

Clasificación del axón

• • Que afecta la veolocidad de propagación?

Basado en su diámetro, mielinización y velocidad de propagación • Fibras tipo A - grandes, mielinados, rápidos (4-20um, 260mph) • SNC, sensorial, balance, posición, motora esqueletal • Fibras tipo B – pequeños, mielinados, no tan rápidos(2-4um, 40mph) • SNC sensorial, temp, dolor, tacto; motores: músculos viscerales • • Fibras tipo C - no mielina, pequeños, lentos (2um, 2mph) • • Cuan importante es la mielina?

Compara fibras A y C: Información urgente?

Impulso nervioso: Sinapsis

• • Potencial de acción viaja a través del axón • Impulsos nerviosos Información se transmite ademas de neurona a neurona; • • • de una célula a otra: de la neurona pre-sináptica a la célula post-sináptica Sinapsis: eléctrica – contacto entre neuronas Sinapsis: química – por neurotransmisores

Figura 12.19 Función de una sinapsis colinérgica PLAY

Animation: Overview of a cholinergic synapse Figure 12.19.1

Propiedades generales de la sinapsis

• • • • • Eléctrica • • Raras en ambos, en SNC como SNP Las células pre- y post-sinápticas están unidas por proteínas integrales de la membrana (conexones) Comunicación por gap junctions Como si tuvieran una sola membrana Rápidas, eficientes Ojo, ganglio ciliar

Propiedades generales de la sinapsis

• Sinapsis química - neurotransmisores • • • • • • Mas comunes Células no estan directamente acopladas, PLT son mas dinámicas No hay esclavitud entre PreS y PostS: ajustes o afinación Neurotransmisores excitadores producen despolarización y promueven la generación del potencial de acción Neurotransmisores inhibidores producen una hiperpolarización e inhiben el potencial de acción (Porque inhiben?)

El efecto de NT en una membrana postsináptica depende de

las propiedades del receptor y no de la naturaleza del NT

• Ach: efectos diferentes dependendiendo de la célula postS

Sinapsis colinérgicas

• Liberan acetilcolina (ACh) - unión NeuroMuscular • • • • En uniones NeuroM esqueletales Sinapsis del SNC Todas las uniones Neurona-Neurona del SNP Todas las uniones NeuroM y NeuroGland del SNA

Sinapsis colinergicos

• Eventos en sinapsis colinérgica (12-17) • • Llega PA y depolariza la manecilla sináptica: Cambia Voltaje Entra Ca+2 extracelular a la manecilla y se activa exocitosis de ACh (PLT canales de Ca+2 tipo… y luego bombas de Ca+2) • • • ACh se une al receptor y depolariza la membrana post S; PLT canales de Na+ tipo…abren Propagación… Y mientras …AChE degrada Ach

Figura 12.19 Función de una sinapsis colinergica

Figure 12.19.2

Sinapsis colinérgicas

• • • Atraso sináptico: tiempo entre la llegada del potencial de acción a la manecilla y el efecto en la membrana postS • • Ocurre debido a que el influjo de Ca+2 y la liberación del neurotransmisor toman tiempo Reflejos monosinápticos Colina es reabsorbida por las neuronas pre-sinápticas y es reciclada Fatiga sináptica ocurre cuando las reservas de Ach se consumen: sintetizada vs reciclada

Otros neurotransmisores, neuromoduladores y otras funciones

• • • Comunicación química compleja • 1 NT vs Varios NT Norepinefrina: Sinapsis adrenérgica - exitador • SNC y SNA - mecanismo distinto a ACh • Dopamina - en cerebro - inhibidor/exitador • Importante en movimiento de precisión, evita sobre estimulación Parkinson Serotonina - estimulador estado emocional, atención • • Depresión - Prozac, Soloft - inhibe reabsorción de serotonina, mejora depresion GABA (ácido gamma amino butírico) -inhibidor, ansiedad

Neurotransmisores

Neurotransmisores

Neurotransmisores

Neurotransmisores

Serotonina - Prozac - SSRIs

Neuromoduladores

• Influyen en como las células post-sináptica responden a los neurotransmisores • Neuropéptidos • pequeñas cadenas polipeptídicas sintetizados y liberados en la manecilla sináptica • Opioides - se unen a receptores para opio o morfina • • • Aliviar el dolor Inhiben liberación de sustancia P Endorfinas - Encefalinas -Endomorfinas -Dinorfinas • Neurotransmisores pueden tener efectos • • a nivel de membrana (directos o indirectos) Dentro de la celula

Figura 12.21 Funciones de los neurotransmisores

Efecto ionotrópico: alteran movimiento de iones

Figure 12.21a

Figura 12.21 Funciones de los neurotransmisores

Efecto metabotrópico, metabolismo: 2dos mensajeros

Figure 12.21b

Figura 12.21 Funciones de los neurotransmisores

Figure 12.21c

SECCION 12-6 Procesamiento de información

Procesamiento de información

• El nivel mas sencillo de procesamiento de información ocurre al nivel celular • Potenciales excitadores e inhibidores se integran a través de interacciones entre potenciales post-sinápticos • Axon hillock : promontorio axonal

Potenciales post-sinápticos

• • EPSP (potenciales excitadores post-sinápticos) = despolarización • EPSP se combinan a través de la sumacion • • Sumacion temporal - sinapsis simples sucesivas, repetidas (12-19A) Sumacion espacial - multiple sinapsis, simultaneas (12-19B) • IPSP (potenciales inhibidores post-sinápticos) = hiperpolarización (Porque inhiben?) Los mas importantes determinadores de la actividad nerviosa son las interacciones o integraciones EPSP/IPSP

Figura 12.22 Sumacion temporal y espacial

Figure 12.22a

Figura 12.22 Sumacion temporal y espacial

Figure 12.22b

Figura 12.23 Interacciones EPSP

–

IPSP PLAY

Animation: Synaptic potentials, cellular integration, and synaptic transmission Figure 12.23

Inhibición pre-sináptica

• El GABA liberado en la sinapsis axo-axonal inhiben que los canales de calcio encontrados en el terminal sináptico se abran • Reduce la cantidad de neurotransmisor liberado cuando el potencial de acción llega

Facilitación pre-sináptica

• Actividad en la sinapsis axo-axonal aumenta la cantidad de neurotransmisor que es liberado cuando llega el potencial de acción • Aumenta y prolonga el efecto de un neurotransmisor • Serotonina

Figura 12.24 Inhibición y facilitación pre sináptica

Figure 12.24

Razón de generación del potencial de acción

• • Los neurotransmisores son excitadores o inhibidores • El efecto en el segmento inicial de la membrana refleja una integración de toda la actividad en ese momento • Percepcion : directamente proporcional a la actividad por unidad de tiempo Los neuromoduladores alteran la tasa de liberación de los neurotransmisores

Razón de generación del potencial de acción

• • • Puede ser facilitada o inhibida por componentes químicos extracelulares El efecto de la neurona pre-sináptica puede ser alterada por otras neuronas Grado de despolarización determina la frecuencia de la generación de un potencial de acción

Al finalizar debe estar familiarizado con:

• • • • • • • • Las dos principales divisiones del sistema nervioso y sus características. La estructura de una neurona típica. La localización y función de la neuroglia. Como el potencial de membrana en reposo es creado y mantenido. Los eventos envueltos en la generación y propagación de un potencial de acción. La estructura y función de una sinapsis. Los principales neurotransmisores y neuromoduladores. El procesamiento de información en el tejido nervioso