lunes, 7 de febrero de 2011

Sinapsis química. Transmisiones químicas

La Sinapsis Química
Existen dos tipos de sinapsis, la de tipo eléctrico y la de tipo químico. Las de tipo eléctrico son menos comunes, (las sinapsis de este tipo se realizan principalmente en el músculo cardiaco), sin duda aparecieron primero en la evolución de los organismos.
Todas las sinapsis constan de tres elementos, una zona presináptica, otra postsináptica y una hendidura que separa a ambas zonas.
La zona presináptica está conformada por lo regular por un botón axónico o telodendron.
El botón contiene en su citoplasma docenas de pequeñas esferas llamadas vesículas sinápticas. Estas vesículas (vesículas claras) están repletas de neurotransmisores, es decir substancias químicas que actúan como mensajeros para comunicarse con otras neuronas a través de la hendidura sináptica.
Luego de atravesar la hendidura sináptica el neurotransmisor entra en contacto con la membrana postsináptica, la cual está cubierta por receptores que abren sus canales y permiten convertir la señal química intercelular en una señal intracelular que viaja a través de la membrana de la neurona y llega nuevamente a un axón donde el ciclo comienza de nuevo. El número de receptores de la membrana post-sináptica es variable y estos sólo responden a un cierto neurotransmisor, de modo que funcionan como "cerraduras" químicas esperando por su llave.
Las sinapsis desde el punto de vista morfológico pueden dividirse según la zona de la células que corresponden: presinápticas y postsináptica.
Típicamente, las sinapsis son conformadas por un axón (zona presináptica) y una dendrita (postsináptica). En ese caso se habla de una sinapsis axodendrítica. Sin embargo en el SNC existen muchas combinaciones, axosomáticas, axoaxónicas, dendrodendítricas, dendrosomáticas.

Principios Químicos De La Sinapsis
Definimos a un neurotransmisor como una sustancia producida por una célula nerviosa capaz de alterar el funcionamiento de otra célula de manera breve o durable, por medio de la ocupación de receptores específicos y por la activación de mecanismos iónicos y/o metabólicos.
Aquí tenemos que imaginar las posibilidades de un neurotransmisor. La sustancia es capaz de estimular o inhibir rápida o lentamente (desde milésimas de segundo hasta horas o días), puede liberarse hacia la sangre (en lugar de hacia otra neurona, glándula o músculo) para actuar sobre varias células y a distancia del sitio de liberación (como una hormona), puede permitir, facilitar o antagonizar los efectos de otros neurotransmisores. O también puede activar otras sustancias del interior de la célula (los llamados segundos mensajeros) para producir efectos biológicos (por ejemplo. activar enzimas como las fosforilasas o las cinasas). Y además, una misma neurona puede tener efectos diferentes sobre las estructuras postsinápticas, dependiendo del tipo de receptor postsináptico presente (por ejemplo excitar en un sitio, inhibir en otro e inducir la secreción de una neurona en un tercero).
Para todas estas posibilidades se han usado términos como el de neuromodulador, neurorregulador, neurohormona o neuromediador. Aunque el uso de términos diferentes puede ayudar a definir acciones y contextos de comunicación intercelular, aquí utilizaremos el de neurotransmisor, pues hablamos simplemente de intercambio de información, de transmisión de señales, de uniones funcionales entre células.
Entre los neurotransmisores más importantes se encuentran el glutamato (Glu) que es el "abuelo" de los neurotransmisores. Otros neurotransmisores conocidos son el ácido gamma-aminobutírico (GABA) y la acetilcolina (Ach), la noradrenalina, Dopamina, Serotonina, Adrenalina, Glicina, Encefalinas, Endorfinas, etc.
Muchos neurotransmisores son sintetizados en el retículo endoplásmico rugoso (RER) del soma neuronal (es decir, en el cuerpo de la neurona).
La síntesis de los neurotransmisores se produce a partir de substancias conocidas como precursores. Casi todos los medicamentos hechos para alterar la química cerebral, como los antipsicóticos o los que inhiben los efectos del mal de Parkinson no son neurotransmisores sino precursores.
Otros son elaborados en el citoplasma del telodendron por enzimas especializadas, transportados y colocados dentro de la vesícula por proteínas transportadoras.
Llenas de neurotransmisores y listas para descargarlos en la hendidura sináptica, las vesículas permanecen inmóviles frente a la zona activa en un fenómeno llamado anclaje.
A partir de aquí se va a desencadenar un proceso denominado exocitosis que es el proceso por el cual las células expulsan un compuesto (generalmente un mensajero químico) al exterior de su membrana.

Figura superior. Sinapsis Química. Se observan las neuronas pre y postsinápticas, la hendidura y las vesículas con neurotransmisores

Las vesículas sinápticas van a liberar los neurotransmisores que contienen al arribar el potencial de acción al botón terminal, fenómeno que está relacionado con el ion Ca2+. Los canales de calcio son muy similares a los canales de sodio, excepto que ellos son permeables al calcio y no al sodio.
Estos canales de calcio que se abren permiten que una pequeña cantidad de iones penetre en el botón axónico, favoreciendo que la membrana de la vesícula se fusione con la membrana de la zona presináptica, permitiendo que los neurotransmisores se descarguen en la hendidura.
La exocitosis se produce a una enorme velocidad, del momento en el que los iones de calcio penetran al botón al momento de la descarga transcurren menos de dos milisegundos. Una vez en la hendidura, el neurotransmisor difunde entonces a través de este espacio (una distancia de sólo algunos diámetros moleculares) y se combina con lugares específicos (receptores) de la membrana postsináptica de la célula receptora.
Esto origina un cambio de polarización de la membrana postsináptica, funcionando como un estímulo. Algunos neurotransmisores provocan una hiperpolarización de la membrana postsináptica, mientras que otros determinan su despolarización parcial. Los primeros desencadenan sinapsis inhibitorias, puesto que requieren un estímulo más intenso que el necesario para alcanzar el potencial umbral. Los segundos generan las sinapsis excitatorias, ya que tienden a producir un potencial de acción.
Ahora bien, si los neurotransmisores permanecieran en el espacio sináptico después de haber sido liberados, seguirían ejerciendo sus efectos potentes sobre la membrana postsináptica y no serían posibles cambios rápidos en las respuestas del sistema nervioso. Para evitar esto, ciertas enzimas liberadas en el espacio sináptico destruyen rápidamente los neurotransmisores (Ej. Colinesterasa destruye a la acetilcolina)

Los Neurotransmisores
Un neurotransmisor (NT) es una sustancia química liberada selectivamente de una terminación nerviosa por la acción de un Potencial de Acción (PA), que interacciona con un receptor específico en una estructura adyacente y que, si se recibe en cantidad suficiente, produce una determinada respuesta fisiológica.
Para constituir un NT, una sustancia química debe estar presente en la terminación nerviosa, ser liberada por un PA y, cuando se une al receptor, producir siempre el mismo efecto.
Existen muchas moléculas que actúan como NT y se conocen al menos 18 NT mayores, varios de los cuales actúan de formas ligeramente distintas.
Los aminoácidos glutamato y aspartato son los principales NT excitatorios del SNC. Están presentes en la corteza cerebral, el cerebelo y la médula espinal..
El ácido g-aminobutírico (GABA) es el principal NT inhibitorio cerebral. Tras la interacción con los receptores específicos, el GABA es recaptado activamente por la terminación y metabolizado. La glicina tiene una acción similar al GABA pero en las interneuronas de la médula espinal.
La serotonina (5-hidroxitriptamina) (5-HT) se origina en el núcleo del rafe y las neuronas de la línea media de la protuberancia y el mesencéfalo.
Los niveles de 5-HT están regulados por la captación de triptófano y por la acción de la monoaminooxidasa (MAO) intraneuronal.
La acetilcolina es el NT fundamental de las neuronas motoras bulbo-espinales, las fibras preganglionares autónomas, las fibras colinérgicas posganglionares (parasimpáticas) y muchos grupos neuronales del SNC (por ejemplo, ganglios basales y corteza motora).
Al ser liberada, la acetilcolina estimula receptores colinérgicos específicos y su interacción finaliza rápidamente por hidrólisis local a colina y acetato mediante la acción de la acetilcolinesterasa.
La dopamina es el NT de algunas fibras nerviosas y periféricas y de muchas neuronas centrales (por ejemplo, en la sustancia negra, el diencéfalo, el área tegmental ventral y el hipotálamo).
Tras ser liberada, la dopamina interactúa con los receptores dopaminérgicos y el complejo NT-receptor es captado de forma activa por las neuronas presinápticas.
La noradrenalina es el NT de la mayor parte de las fibras simpáticas posganglionares y muchas neuronas centrales (por ejemplo, en el locus ceruleus y el hipotálamo). Cuando se libera, ésta interactúa con los receptores adrenérgicos.
La b-endorfina es un polipéptido que activa muchas neuronas (por ejemplo, en el hipotálamo, amígdala, tálamo y locus ceruleus). El cuerpo neuronal contiene un gran polipéptido denominado proopiomelanocortina, el precursor de varios neuropéptidos (p. ej., a, b y g-endorfinas). Este polipéptido es transportado a lo largo del axón y se divide en fragmentos específicos, uno de los cuales es la b-endorfina. Tras su liberación e interacción con los receptores opiáceos, se hidroliza por acción de peptidasas en varios péptidos menores y aminoácidos.
La metencefalina y leuencefalina son pequeños péptidos presentes en muchas neuronas centrales (por ejemplo, en el globo pálido, tálamo, caudado y sustancia gris central). Su precursor es la proencefalina que se sintetiza en el cuerpo neuronal y después se divide en péptidos menores por la acción de peptidasas específicas. Los fragmentos resultantes incluyen dos encefalinas. Tras su liberación e interacción con receptores peptidérgicos, son hidrolizadas hasta formar péptidos inactivos y aminoácidos, como son las dinorfinas y la sustancia P.
Las dinorfinas son un grupo de 7 péptidos con una secuencia de aminoácidos similar, que coexisten geográficamente con las encefalinas. La sustancia P es otro péptido presente en las neuronas centrales (habénula, sustancia negra, ganglios basales, bulbo e hipotálamo) y en alta concentración en los ganglios de las raíces dorsales. Se libera por la acción de estímulos dolorosos aferentes.
Otros NT cuyo papel ha sido establecido menos claramente son la histamina, la vasopresina,la somatostatina, el péptido intestinal vasoactivo, la carnosina, la bradicinina, la colecistocinina, la bombesina, el factor liberador de corticotropina, la neurotensina y, posiblemente,la adenosina.



Sustancias Que Alteran La Transmisión Sináptica
Existen sustancias ajenas al organismo que producen modificaciones importantes en el mecanismo de la transmisión sináptica.
Clasificaremos a estas sustancias, según su acción, en bloqueadoras o inhibidoras y excitadoras. Veamos algunos ejemplos:

Bloqueadores de sinapsis
-Toxina botulínica: producida por el bacilo botulínico, bacteria anaerobia que está presente en ambientes poco oxigenados, como es el caso de los productos enlatados. Esta bacteria elimina una sustancia que inhibe la liberación de acetilcolina por las vesículas presinápticas y bloquea además a los receptores de membrana. A nivel de las sinapsis neuromusculares, impide la excitación y contracción muscular, provocando parálisis, efecto que progresa hasta afectar músculos inspiratorios, especialmente el diafragma. En esa instancia, el individuo muere asfixiado.
-Toxina de la araña viuda negra: tiene efecto similar a la anterior.
-Curare: veneno de origen animal, de la región amazónica. Bloquea los receptores colinérgicos (receptores para acetilcolina) de la placa motora, provocando también la parálisis respiratoria.
-Nicotina: alcaloide del tabaco que en pequeñas dosis actúa como la acetilcolina, excitando a la neurona postsináptica o a la fibra muscular, pero que en grandes dosis bloquea a los receptores de membrana.

Excitadores de sinapsis
-Anfetaminas: drogas sintéticas utilizadas en tratamientos contra la obesidad o para aumentar el rendimiento intelectual y reducir la fatiga. Aumentan la liberación de noradrenalina en las sinapsis del sistema nervioso simpático.
-Muscarina: extraída de un hongo venenoso, produce efecto similar a la acetilcolina, provocando excitación anormal y sostenida de la segunda neurona y de las fibras musculares.
-Fenilnefrina: compuesto químico presente en las gotas nasales, de efectos similares a la noradrenalina, es decir, excitador del sistema simpático.
-Cocaína: derivado sintético de la coca, principio activo de la planta de coca, presente en la región del Altiplano. Inhibe la recaptación de noradrenalina por las terminales presinápticas, debido a lo cual se produce excitación sostenida en las neuronas del sistema simpático.
-Ácido lisérgico (LSD): principio activo del hongo que parasita al centeno y otros cereales. Bloquea la recaptación de noradrenalina en las sinapsis neuromusculares que se establecen entre las neuronas motoras simpáticas y las fibras musculares viscerales, provocando la excitación continua de estas últimas.