Ritmos Circadianos

Se conoce en la biología como ritmos circadianos a las oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo. Del latín circa: cerca, aproximadamente; y dia: día. El ritmo circadiano es un ciclo de 24 horas de los procesos fisiológicos y bioquímicos de los entes vivientes, como animales y plantas.

Los ritmos circadianos permiten a los organismos anticiparse y prepararse a los cambios medioambientales y precisos. La ritmicidad aparece como muy importante para regular y coordinar los procesos metabólicos internos. Los ritmos circadianos son endógenos y establecen una relación de fase estable con estos ciclos externos alargando o acortando su valor de periodo e igualándolo al del ciclo ambiental.

Todos los animales, las plantas y probablemente todos los organismos muestran algún tipo de variación rítmica fisiológica (tasa metabólica, producción de calor, floración, etc.) que suele estar asociada con un cambio ambiental rítmico. En todos los organismos eucariotas así como muchos procariotas y hongos se han documentado diferentes ritmos con períodos que van desde fracciones de segundo hasta años. Si bien son modificables por señales exógenas, estos ritmos persisten en condiciones de laboratorio, aun sin estímulos externos.

Células de Purkinje

Las células de Purkinje, también conocidas como neuronas de Purkinje, son un tipo de neurona GABAérgica que se encuentran en la corteza del cerebelo. La célula de Purkinje es una de las neuronas más grandes en el cerebelo. Posee un árbol dendrítico muy elaborado que se caracteriza por un gran número de espinas dendríticas. Las células de Purkinje envían proyecciones inhibidoras hacia el núcleo cerebelar profundo, y constituyen la única salida de toda la coordinación motriz en la corteza del cerebelo.

Las células de Purkinje forman la capa de Purkinje, que es una capa de la corteza en el cerebelo situada entre la capa molecular y la capa granulosa. Las células de Purkinje se encuentran alineadas como piezas de dominó colocadas una frente a la otra. Su árbol dendrítico forma capas bidimensionales a través de las cuales pasan fibras paralelas provenientes de las células musgosas ubicadas en la capa granulosa.

Las fibras paralelas de las células musgosas establecen sinapsis excitatorias más débiles hacia las espinas en la dendrita de la célula de Purkinje, mientras que las fibras trepadoras que se originan desde el núcleo olivario inferior en el bulbo raquídeo y protuberancia anular proveen un estímulo muy excitatorio a las dendritas cercanas y al soma celular. Las fibras paralelas pasan ortogonalmente a través del árbol dendrítico de la neurona de Purkinje; hasta 200.000 fibras paralelas formando una sinápsis con una única célula de Purkinje.

Tanto las células en cesta y las células estrelladas, que se encuentran en la capa molecular cerebelosa, proveen un estímulo inhibidor (GABAérgico) a la célula de Purkinje, con las células de cesto en sinápsis hacia el segmento inicial del axón de la célula de Purkinje y las células estrelladas hacia las dendritas.

Las células de Purkinje muestran dos formas distintas de actividad electrophisiológica. La primera con picos simples que ocurren en una tasa de 17 - 150 Hz, espontaneamente, o cuando las células de Purkinje son activadas sinápticamente por las fibras paralelas de las células granulosas; la segunda con picos complejos, que son explosiones rápidas (>300 Hz) de picos provocadas por la activación de la fibra trepadora y puede causar la generación de potenciales de acción de calcio en las dendritas.

Dibujo de células de Purkinje realizado por Ramón y Cajal

Neuronas del cerebelo (video)

Neuronas motoras alfa

La neurona motora alfa es una neurona motora grande que se encuentra en la protuberancia anular y la médula espinal. La función de las neuronas motoras alfas es la de enervar directamente las fibras musculares extrafusales. Su función es diferente a la de las neuronas motoras gamas, las cuales enervan las fibras musculares intrafusales de los fusos neuromusculares. Aunque el cuerpo de la neurona motora alfa se encuentra dentro del sistema nervioso central, también se la considera como parte del sistema nervioso periférico, porque sus axones se extienden hacia la periferia para enervar los músculos esqueléticos.

Una neurona motora alfa y las fibras musculares que ésta enerva componen una unidad motora. Las neuronas motoras alfas que se encuentran en la protuberancia anular contraen los músculos del cuello y cabeza, mientras aquellas que enervan los músculos esqueléticos del resto del cuerpo se hallan situadas en las astas anteriores de la médula espinal. Como hay mucho menos cantidad de músculos en el cuello y cabeza, hay mucho menos neuronas motoras alfas en la protuberancia anular que en en la médula espinal. Reciben señales, o información, desde tres fuentes principales: neuronas motoras superiores, neuronas sensoriales e interneuronas. Envían señales hacia las fibras musculares extrafusales a las cuales contraen. Las neuronas motoras alfas son inhibidas por las células de Renshaw, la cual es una interneurona; es decir que sus excitabilidad es moderada por estas células.

Célula de Renshaw

La célula de Renshaw es una interneurona inhibitoria que se la encuentra en la sustancia gris de las astas anteriores de la médula espinal. Las células de Renshaw están asociadas de dos maneras a una neurona motora alfa: 1) reciben una señal excitatoria del axón de la neurona motora alfa cuando emergen de la raíz motora mediante el neurotransmisor acetilcolina; 2) extienden axones inhibitorios que hacen sinapsis con el cuerpo celular de la neurona alfa inicial.

De esta manera la inhibición realizada por la célula de Renshaw representa un mecanismo de retroalimentación negativo. Podemos decir entonces que la función de esta interneurona inhibitoria es la de controlar la excitabilidad de las neuronas motoras.

Imagen de célula de Renshaw

Células de Martinotti

Las células de Martinotti son neuronas multipolares con dendritas arborescentes cortas. Se encuentran diseminadas a través de varias capas de la corteza cerebral, enviando sus axones hasta la capa molecular (cortical) I donde los mismos forman arborizaciones axónicas (ramificación horizontal de los teledendrones).

De acuerdo a las últimas investigaciones, las células de Martinotti participan del mecanismo inhibitorio. Cuando una neurona piramidal, que es el tipo de neurona más comun de la corteza del cerebro, comienza a sobreexcitarse, las células de Martinotti comienzan a enviar señales inhibitorias a las células nerviosas de sus alrededores. Es por eso que se deduce que la epilepsia este relacionada con un déficit de células de Martinotti o una deficiencia en su actividad. Entonces, la transmisión nerviosa en el cerebro estaría regulada por estas células, evitando un desequilibrio en el funcionamiento de la corteza.

El nombre de este tipo de neurona se debe a su descubridor Carlo Martinotti, quien era un estudiante de Camillo Golgi.

Galactosilceramida

La galactosilceramida es un tipo de cerebrósido que está compuesto de una ceramida con residuo de galactosa en el grupo funcional 1-hidroxilo. La acumulación de la galactosilceramida en el tejido es la causa de la lipidosis galactosilceramida, también conocida como enfermedad de Krabbe o leucodistrofia globoide.

Neurotransmisores

Los neurotransmisores son sustancias químicas (biomoléculas), las cuales son sintetizadas generalmente por las neuronas. Luego son almacenados en las vesículas sinápticas (pequeños sacos) que se encuentran en los botones axónicos de las neurona presinápticas. Al llegar un impulso nervioso, los neurotransmisores contenidos dentro de estas vesículas se vierten hacia la brecha sináptica, produciendo un cambio en el potencial de acción de la neurona postsináptica, amplificando o modulando los impulsos electroquímicos. Es por ello que los neurotransmisores son las principales sustancias de las sinapsis ABC.

Al comienzo del siglo XX, los científicos creían que la comunicación nerviosa era eléctrica. Sin embargo, gracias a la cuidadosa investigación histológica llevada a cabo por el médico español Ramón y Cajal (1852-1934), se descubrió que existen espacios sinápticos de 20 a 40 micrónes entre las terminaciones axónicas y dendríticas de las neuronas emisoras y receptoras. Ramón y Cajal descubrió que las neuronas liberan sustancias químicas que unen estos espacios sinápticos acelerando el impulso nervioso. El científico alemán Otto Loewi confirmó que la naturaleza de los impulsos nerviosos no son eléctrica sino electro-química.

Tipos de neurotransmisores

Los neurotransmisores más comunes son:

Neurotransmisores aminoacídicos (aminoácidos): glutamato, acido gamma-aminobutírico, glicina, taurina.

Neurotransmisores monoaminas: dopamina, noradrenalina, serotonina, histamina, melatonina.

Otros tipos de neurotransmisores: acetilcolina, adenosina.

Exocitosis

La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas sinápticas ubicadas en los botones de los teledendrones del axón se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido. La exocitosis sucede cuando llega una señal extracelular y se observa en diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina.

La exocitosis también participa de la secreción de un neurotransmisor a la brecha sináptica, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la célula receptora.

En los organismos multicelulares hay dos tipos de exocitosis: 1) exocitosis no constitutiva desencadenada por iones de calcio positivos (Ca2+); 2) exocitosis constitutiva no desencadenada por Ca2+.

La exocitosis en señales químicas neuronales es accionada por iones de calcio positivos Ca2+ y sirve en las transmiciones interneuronales.

Histamina

La histamina es una amina compuesta por un anillo imidazólico y un grupo etilamino como cadena lateral. Es el producto de la descarboxilación del aminoácido histidina, una reacción catalizada por la enzima L-histidin descarboxilasa. Es una amina hidrofílica vasoactiva (de ahí su nombre). Una vez formada, la histamina es almacenada o rápidamente inactivada. Químicamente, la histamina es 2-(4-imidazol) etilamina, siendo su fórmula es C5H9N3.

Aunque la histamina participa de las respuestas inmunológicas y desencadena la reacción inflamatoria, regulando funciones fisiológicas en el intestino, también actua como neurotransmisor en el cerebro, donde es sintetizada y liberada por neuronas del sistema nervioso central que usan la histamina como neuromodulador. Fuera del sistema nervioso central es un mediador de medios fisiológicos. Se encuentra fundamentalmente en los basófilos y mastocitos, como así también en células cebadas del tejido conectivo.

En el cuerpo humano, la liberación de histamina puede ser probocada por heridas en un tejido, por estímulo físicos como el frio o la presión, por mecanismos inmunológicos, o por ciertas drogas como la heroína.

Tiramina

La tiramina es una monoamina que actua en el cuerpo humano como un vaso-activo y como neurotransmisor en el sistema nervioso central. Se encuentra presente de forma natural en algunos alimentos. La factibilidad que la tiramina actue como neurotransmisor fue revelada por el descubrimiento del receptor de proteínas G que tiene una gran afinidad con la tiramina. Este receptor se lo conoce como TA1, que se lo encuentra en el cerebro y en otros organos como el riñón.

La tiramina se encuentra presente en algunos alimentos fermentados como el queso maduro, yogurt, y en semillas como las nueces; también se encuentra en el hígado de pollo, en ciertos pescados como los arenques, y, por extensión, en todos aquellos perteneciente a la familia de la sardina. Produce dolor de cabeza en algunos pacientes.

Noradrenalina

La noradrenalina, también conocida como norepinefrina, es una catecolamina que funciona como neurotransmisor. Pertenece a la familia de la dopamina, siendo su fórmula estructural es C8H11NO3. La noradrenalina también funciona como hormona adrenérgica que actúa aumentando la presión arterial por vasoconstricción pero no afecta al gasto cardiaco. Se sintetiza en la médula adrenal.

Los cuerpos neuronales que contienen noradrenalina están ubicados en la protuberancia y la médula, proyectando neuronas hacia el hipotálamo, el tálamo, el sistema límbico y la corteza cerebral. La eliminación de noradrenalina del cerebro produce una disminución del impulso y la motivación, y se puede relacionar con la depresión. En cambio un alto nivel de secreción de Noradrenalina aumenta el estado de vigilia, incrementando el estado de alerta en el sujeto, así como también facilita la disponibilidad para actuar frente a un estímulo. Un fármaco agonista es, por ejemplo, la Anfetamina. La noradrenalina, o norepinefrina, afecta las partes del cerebro que tiene que ver la atención y concentración, memoria y aprendizaje; también cumple función neuroprotectora.

La noradrenalina a su vez, funciona como neurotransmisor (junto con la adrenalina) de las vías simpáticas del Sistema Nervioso Autónomo, en las sinapsis postganglionares, que inervan los órganos blanco. Los receptores para la noradrenalina en las membranas postsinápticas de estas sinapsis son los receptores del tipo alfa y tipo beta. Generalmente, dichos receptores son antagonistas.

Dopamina

La dopamina es un neurotransmisor secretado en los ganglios basales e hipotálamo. Su función principal es la de inhibir la producción de prolactina en el lóbulo anterior de la hipófisis. Por su estructura química, la dopamina es una catecolamina que cumple funciones de neurotransmisor en el sistema nervioso central.

La dopamina es esencial para el control de la motricidad. La enfermedad de Parkinson está asociada a la escasa producción de dopamina por parte de las neuronas de los núcleos grises del cerebro. Para incrementar la cantidad de la misma en el cerebro de los pacientes con esta enfermedad, se les administra L-Dopa (Levodopa), el cual es un precursor de la dopamina y que puede cruzar la barrera hematoencefálica.

La dopamina fue descubierta por Arvid Carlsson y Nils-Åke Hillarp en el Laboratorio de Farmacología Química del Instituto Nacional del Corazón en Suecia, en 1952. Fue llamada Dopamina porque es una monoamina, y su precursor sintético es la 3,4-dihidroxifenilalanina (L-Dopa).[1] Arvid Carlsson fue premiado con el Premio Nobel en Fisiología o Medicina en 2000 al probar que la dopamina no es solo un precursor de la adrenalina y de la noradrenalina sino también un neurotransmisor.

Melatonina

La melatonina es un neurotransmisor segregado por la glandula pineal en la base del cerebro. Conocida quimicamente como N-acetil-5-metoxitriptamina, la melatonina funciona como regulador del reloj biológico interno de los animales. En la oscuridad, la glándula pineal produce mucho más melatonina; es por eso que durante el día el nivel de melatonina se encuentra en su punto más bajo, pero durante la noche comienza a elevarse hasta alcanzar el pico más alto alrededor de las 02:00 am en una persona saludable. La melatonina posee efectos antioxidantes muy fuertes. Evidencias preliminares de laboratorio sugiere que ayuda a fortalecer el sistema inmunológico.

Debido a que es producida por la glándula pineal, la melatonina también es considerada como una neurohormona con función pertinente en la fisiología circadiana. Muchos de sus efectos biológicos se deben a su acción sobre receptores de melatonina y, otros más, a su potente acción como antioxidante, el cual juega un papel muy especial en la protección del ADN nuclear y mitocondrial.

Serotonina

La serotonina es un neurotransmisor importantísimo del sistema nervioso central, desempeñandose como regulador de los estados de ánimos como la ira. También participa de la regulación de la temperatura corporal, el humor, el sueño, el vómito, la sexualidad, y el apetito.

La serotonina es una monoamina (5-hidroxitriptamina, o 5-HT) neurotransmisora sintetizada por las neuronas serotoninérgicas en el Sistema Nervioso Central (SNC) y las células enterocromafines (células de Kulchitsky) en el tracto gastrointestinal de los animales y del ser humano. Además de esto, la serotonina es también un mediador periférico de la señal.

Entre las principales funciones de la serotonina esta la de regular el apetito mediante la saciedad, equilibrar el deseo sexual, controlar la temperatura corporal, la actividad motora y las funciones perceptivas y cognitivas. La serotonina también interviene en otros conocidos neurotransmisores como la dopamina y la noradrenalina, que están relacionados con la angustia, ansiedad, miedo, agresividad,así como los problemas alimenticios. La serotonina participa de la elaboración la melatonina, una proteína que es fabricada en el cerebro en la glándula pineal, y es la encargada de la regulación del sueño. Durante el atardecer, los niveles de serotonina aumenta induciendo al sueño y permaneciendo elevada hasta el amanecer cuando comienza a descender.

La serotonina es sintetizada desde el aminoácido triptófano en una vía metabólica corta que involucra dos enzimas: triptófano hidroxilasa (TPH) y una L-aminoácido aromático decarboxilasa (DDC). La reacción mediada por TPH es una etapa limitante en la vía. La TPH ha sido vista en dos formas existentes en la naturaleza: TPH1, encontrada en varios tejidos, y la TPH2, que es una isoforma cerebro-específica.

Colina

La colina es un nutriente esencial soluble en agua. Pertenece a la familia de las vitaminas B. La colina es utilizada por el cerebro para sintetizar acetilcolina, el cual es un neurotransmisor que desempeña un papel importantísimo en los procesos de aprendizajes y memoria. La colina también contribuye en el desarrollo de la membrana celular y al desplazamiento de lípidos y nutrientes entre las células.

La colina es fundamental para el funcionamiento cardiovascular y cerebral. No solamente forma parte de la acetilcolina (un neurotransmisor), sino también de la fosfatidilcolina (un fosfolípido integrante de la membrana plasmática de todas las células. La colina es importante para la reproducción, para el desarrollo fetal y el crecimiento.

La colina es una amina cuaternaria saturada con la fórmula química: (CH3)3N+CH2CH2OHX-, donde X- es un grupo como el cloruro, hidróxido o tartrato.

La colina fue descubierta por Andreas Strecker en 1862 y fue sintetizada por síntesis química en 1866. En 1998 la colina fue clasificada como un nutriente esencial en USA por la Food and Nutrition Board del Institute of Medicine y se establecieron las necesidades.

Acetilcolina

La acetilcolina es un éster de colina y ácido acético que funciona como neurotransmisor. La acetilcolina es sintetizada en las terminaciones axónicas por la enzima colina acetiltransferasa y luego almacenada en las vesículas sinápticas de los botones axónicos. Cuando un impulso nervioso llega al teledendrón del axón, los canales de calcio ubicados en la membrana del axón se abren para permitir el paso de iones de calcio, lo que provoca que cientos de vesículas sinápticas se fusionen con la membrana celular y expulse la acetilcolina hacia el espacio sináptico.

La acetilcolina también se encuentra en las terminaciones de las placas motrices de los músculos estriados. Este neurotransmisor afecta varios sistemas del cuerpo como ser el sistema cardiovascular (desacelera los latidos del corazón y la fuerza de contracción del mismo, dilatando los vasos sanguíneos); el sistema gastrointestinal, incrementando la peristalsis; y el sistema urinario, aumentado la tensión de las paredes de la vejiga. La acetilcolina desempeña un papel importantísimo en el proceso de aprendizaje y percepción sensorial cuando estamos despiertos. Es deficiente en el cerebro de aquellas personas que sufren de mal de Alzheimer.

Receptor NMDA

El receptor NMDA (o NMDAR) es un receptor ionotrópico del glutamato, el cual es un neurotransmisor. Los receptores NMDA son los mecanismos moleculares predominantes, los cuales actúan como componentes prioritarios en la plasticidad neuronal y memoria. La sigla NMDA deriva de N-metil D-aspartato, un agonista selectivo que une a este tipo de receptores de glutamato pero no a otros tipos.

La activación del receptor NMDA conduce a la apertura de un canal iónico no selectivo para toda clase de cationes. El receptor se activa debido a una diferencia de potencial en presencia de iones Mg2+. Esto permite el flujo de iones Na+ e incluso de bajas cantidades de Ca2+ (hacia la célula) y de K+ (hacia fuera de la célula). El flujo de iones de calcio se considera crítico durante el proceso de plasticidad fenotípica, un proceso celular involucrado en el aprendizaje y memorización.

El flujo de iones de calcio (Ca2+) a través de los receptores NMDAR desempeña un papel importante en la plasticidad sináptica, el cual es un mecanismo celular para el aprendizaje y memoria. Este receptor se caracterisa por ser ionotrópico y voltaje dependiente, pero también requiere la co-activación por dos neurotransmisores: glutamato y glicina.

Adenosina

La adenosina es un nucleósido (molécula monomérica) compuesto por una molécula de adenina adherida a un anillo de ribosa, o ribofuranosa, por medio de un enlace glucosídico ß-N9. La Adenosina desempeña un papel importante en los procesos bioquímicos, como ser la transferencia de energía en forma de adenosina trifosfato y adenosina difosfato.

La adenosina es también un importante neurotransmisor inhibitorio que participa en los porcesos que promueven el sueño y la supresión de la excitación. Como neurotransmisor inhibitorio, la adenosina es un candidato prometedor como factor de inducción de sueño. Se acumula en el cerebro durante las horas de desvelo (despierto), para luego liberarse y disminuir los estados de excitación y provocar el sueño. Antagonistas de receptores de la adenosina, como la cafeína y la teofilina, son usados ampliamente como estimulantes del sistema nervioso central para estimular los estados de alerta y consciencia.

En medicina, la adenosina es utiliza para revertir la taquicardia supraventricular paroxística al bloquear el nódulo auriculoventricular del corazón. Administrada por vía endovenosa deprime la actividad del nodo sinusal y se utiliza para la conversión rápida a ritmo sinusal de las arritmias supraventriculares de reentrada. La adenosina actúa como un neuroprotector al inhibir la transmisión excitatoria de receptores A1. Este nucleósido púrico endógeno cuando estimula sus receptores A1 cardíacos activa una corriente de salida de iones de potasio K+ sensible a acetilcolina en la aurícula, nodo sinusal, nódulo auriculoventricular, lo que da como resultado un acortamiento de la duración del potencial de acción, hiperpolarización y torna lenta la automaticidad normal.

Glicina

La glicina es un aminoácido que se encuentra en el cuerpo humano y juega un papel importante en la formación de proteinas. Este aminoácido es el más pequeño y el único de los 20 aminoácidos presentes en la célula que no tiene un plano de simetría interna. En el código genético está codificada como GGT, GGC, GGA o GGG.

La glicina actúa como neurotransmisor inhibidor en el sistema nervioso central y fue propuesto como tal en 1965. Por ser un neurotransmisor inhibidor, la glicina es utilizada en el tratamiento de la epilepsia y en la maníaco depresión e hiperactividad.

Es el aminoácido Su fórmula química es NH2CH2COOH y su masa es 75,07. La glicina es un aminoácido no esencial. Otro nombre (antiguo) de la glicina es glicocola.

Taurina

La taurina es un amino ácido que funciona como neurotransmisor en el sistema nervioso central. Ayuda al desarrollo neurológico y contribuye a regular el nivel de agua y sales minerales en la sangre. También se piensa que la taurina tiene propiedades antioxidantes. Como neurotransmisor, la taurina contribuye al desplazamiento de postasio, sodio y calcio hacia adentro y fuera de las células nerviosas, participando de esa manera a generar impulsos nerviosos.

La taurina se encuentra en forma natural en las carnes rojas, pescado y leche. También se la puede conseguir como suplemente dietético. Algunos estudios han confirmado que la taurina mejora el rendimiento atlético; es por ello que se la utiliza en la elaboración de muchas bebidas energéticas. También se cree que actúa junto a la cafeína para mejorar el rendimiento intelectual.

Se puede utilizar hasta 3.000 miligramos de taurina por día como suplemento dietético. Caulquier exceso de la misma es simplemente eliminado por vía renal.

La taurina se produce en forma natural en el cuerpo humano de un adulto a partir de la cisteina con la ayuda de la piridoxina (vitamin B6). La taurina funciona en tejidos electricamente activos como son el tejido nervioso y el tejido muscular cardíaco, ayudando a estabilizar las membranas celulares.