Las células pensantes

LAS CÉLULAS PENSANTES

John Barco Ríos Jorge E. Duque Parra

LIBROS DE TEXTO

Catalogación en la fuente, Biblioteca Universidad de Caldas

Las células pensantes / John Barco Ríos, Jorge E. Duque Parra. – Manizales: Universidad de Caldas, 2017.

156 p.: ils. – (Libros de Texto) ISBN: 978-958-759-165-1 Neuronas - Morfología / Neuronas - Origen / Neuronas - Formación / Neuronas – degeneración / Células / Morfología / Duque Parra, Jorge E., Coautor / Título / CDD 573.853 6/B244

© Universidad de Caldas 2017 -Comité Editorial Título:

las células pensantes

Colección: Libros de Texto

Facultad de Ciencias para la Salud

Autores: John Barco Ríos

email: barco.john@gmail.com

Jorge E. Duque Parra

email: jduqueparra@yahoo.com.mx

Primera edición: Manizales, Diciembre de 2017

Derechos reservados por la Universidad de Caldas

ISBN: 978-958-759-165-1

Editor: Luis Miguel Gallego Sepúlveda Coordinación editorial: Jorge Iván Escobar Castro Corrección de estilo: Pamela Natalia Zamora Giraldo Diseño de colección: Luis Osorio Tejada Diagramación: Natalia Aguirre Henao Diseño de portada: Luis Osorio Tejada Ilustraciones: Juan Sebastián Cárdenas Hernández

Editorial Universidad de Caldas E-mail: produccion.editorial@ucaldas.edu.co Apartado aéreo: 275 Teléfono: (57+6) 8781500 Ext. 11106 Manizales — Colombia

A mi hija, Johanna Alexandra Barco Cano, esa luz al final del túnel…

J.B.R.

A Melva Cristina Quintero Jurado (Tina), Verónica Duque Quintero (Vero), Natalia Duque Quintero (Nati) y Manuela Duque Quintero (Manu), quienes me han acompañado en mi búsqueda del conocimiento.

J.E.D.P.

CONTENIDO

PRÓLOGO 15

INTRODUCCIÓN 19

CAPÍTULO 1.

De los espíritus animales a la neurona: una aproximación histórica 25

CAPÍTULO 2.

Origen y formación de las neuronas

39

Neurogénesis en la etapa embrionaria

40

Proliferación de los neuroblastos

40

Migración de los neuroblastos

41

Diferenciación celular

43

Sinaptogénesis 46 Neurogénesis en la etapa adulta

48

CAPÍTULO 3.

Morfología general de las neuronas Soma o pericarion

53 55

Núcleo 56 Retículo endoplasmático rugoso Aparato de Golgi

57 58

Citoesqueleto

59

Mitocondrias 64 Inclusiones citoplasmáticas

65

Dendritas

66

Axón o cilindroeje Transporte Axonal Anterógrado Transporte Axonal Retrógrado

71 72 73

Vainas de mielina

75

CAPÍTULO 4.

La comunicación sináptica Sinapsis eléctricas: la vía rápida

79 81

Mecanismo de funcionamiento 82 Sinapsis químicas: la vía preferencial

84

Mecanismo de funcionamiento Primer paso: Segundo paso: Tercer paso: Cuarto paso: Quinto paso:

88 89 89 91 92 94

CAPÍTULO 5.

El tamaño del cerebro no lo es todo Encefalización en el humano

101 106

CAPÍTULO 6.

Degeneración y muerte neuronal

115

Lesiones anisomórficas

116

Lesiones isomórficas

117

Cicatrización y reparación de la lesión

117

Degeneración neuronal Enfermedad de Alzheimer Enfermedad de Parkinson Demencia por cuerpos de Lewy Enfermedad de Huntington

119 123 126 129 131

Bibliografía consultada

133

Listado de personajes históricos

143

L I S TA D E F I G U R A S

Figura 1.1: Dibujos de neuronas realizados por Ramón y Cajal. (Tomados de: a) naukas, 2016; b) tallcute, 2008; c) Casino, 2009).

31

Figura 2.1: Ilustraciones que muestran las fases iniciales del plegamiento que sufre el ectodermo para constituir el tubo neural.

40

Figura 2.2: a) En este dibujo se ilustra la migración neuronal desde la región subventricular hasta la corteza cerebral. b) Ilustració de la fibra de una glía radial sobre la que se está desplazando una neurona.

42

Figura 2.3: Proceso de diferenciación del neuroblasto.

44

Observe los conos de crecimiento de donde se originan las dendritas y el axón.

44

Figura 2.4: Esquema ilustrativo del cono de crecimiento del axón, donde se observan los lamelipodios y filopodios.Ver explicación en el texto.

45

Figura 2.5: Formación de las sinapsis.

47

Figura 2.6: Formación de nuevas neuronas en el adulto.

50

Figura 3.1: Esquema ilustrativo que muestra los organelos más destacables del soma neuronal.

56

Figura 3.2: a) Microfotografía del soma de una neurona donde se observa el núcleo voluminoso con el nucléolo en su interior, y dispersos en el citoplasma se ven condensaciones oscuras que corresponden a los gránulos de Nissl. b) Esquema de un fragmento del retículo endoplasmático rugoso con ribosomas adheridos 58 Figura 3.3: Esquema ilustrativo de un aparato de Golgi con sus respectivas cisternas y vesículas.

59

Figura 3.4: Esquema ilustrativo de un neurotúbulo con sus extremos (+) y (-). A la derecha, un corte transversal que muestra los 13 protofilamentos de tubulina.

60

Figura 3.5: Esquema ilustrativo que muestra la manera como se ensambla un filamento intermedio (ver explicación en el texto).

62

Figura 3.6: Microfilamento de Actina F que se forma por la polimerización de unidades de Actina G. Observe los extremos (-) y (+) con presencia de monómeros de actina que se han liberado por despolimerización o que se utilizan para la polimerización.

63

Figura 3.7: a) Micrografía de transmisión de una mitocondria en la que se observa claramente sus crestas y matriz b) Esquema ilustrativo de una mitocondria que muestra sus dos membranas y sus dos compartimientos, además se observan los oxisomas adheridos a las crestas mitocondriales.

65

Figura 3.8: Dibujos esquemáticos que muestran las tres clases principales de neuronas según su polaridad, es decir el número de prolongaciones que se desprenden del cuerpo neuronal.

68

Figura 3.9: Dibujos ilustrativos realizados por Santiago Ramón y Cajal, donde muestra algunas ramas dendríticas de las que se desprenden numerosas espinas de tamaños y formas variadas

69

Figura 3.10: Imágenes tomadas con microscopía confocal. a) Neurona piramidal con múltiples ramas dendríticas. b) Ampliación de una dendrita que muestra numerosas espinas que emergen de su superficie. c) Con mayor aumento, se ven las porciones bulbosas de las espinas y sus cuellos delgados.

70

Figura 3.11: Motores moleculares. a) Cinesina, con movimiento centrífugo. b) Dineína citoplásmica, con movimiento centrípeto.

73

Figura 3.12: Transporte axonal.Los motores moleculares transportan cargas utilizando los neurotúbulos como rieles. Las cinesinas se mueven de (-) a (+) y las dineínas en sentido contrario, movimientos que requieren energía.

74

Figura 3.13: Un oligodendrocito mielinizando varios segmentos axonales, incluso de axones vecinos.

76

Figura 3.14: Izquierda, un esquema ilustrativo de un axón mielinizado. Derecha, ilustración de un corte de axón rodeado por múltiples capas densas de mielina.

77

Figura 4.1: Sinapsis eléctrica. Observe que las membranas de las dos células entran en contacto físico a través de proteínas canales, los conexones, quedando un pequeño espacio entre las bicapas lipídicas de 2 a 3.5 nm.

81

Figura 4.2: Estados conformacionales por los que atraviesa el conexón.

Los cambios de estado son debidos al deslizamiento de unas conexinas sobre otras. 83 Figura 4.3: A la izquierda, una representación esquemática de un botón que contiene numerosas vesículas sinápticas (tomada y modificada de med.ufro. cl). A la derecha, una microfotografía donde se observan tales vesículas.

85

Figura 4.4: Clasificación de las sinapsis químicas según la densidad postsináptica. a) Simétrica. Observe que las membranas presináptica y postsináptica tienen un espesor muy parecido. b) Asimétrica. Aquí se hace evidente el espesor de la densidad postsináptica.

88

Figura 4.5: Mecanismo de la exocitosis del neurotransmisor generado por la presencia del Ca2+. Ver explicación en el texto.

90

Figura 4.6: Receptores ionotrópicos: a) Excitador y b) Inhibidor (ver explicación en el texto).

93

Figura 4.7: Receptor metabotrópico asociado a proteínas G, encargadas de transducir la señal al interior de la célula postsináptica y provocar finalmente la apertura de canales iónicos (ver explicación en el texto).

94

Figura 4.8: Esquema ilustrativo que muestra la degradación enzimática que sufren algunos neurotransmisores en la hendidura sináptica, particularmente la acetilcolina, y la manera como es recaptada una de sus fracciones por el botón sináptico para sintetizar de nuevo el neurotransmisor.

95

Figura 4.9: Esquema ilustrativo que muestra los dos tipos de recaptación de neurotransmisores.Aquí se destaca la recaptación vesicular, donde los transportadores requieren la presencia de hidrogeniones (H+) que generan la energía cinética necesaria para impulsar el proceso.

97

Figura 5.1: En esta figura se ilustran los encéfalos de distintas especies de organismos vertebrados, incluido el humano, donde se puede apreciar las diferencias en tamaño y peso de la encefalización.

105

Figura 5.2: Dibujos ilustrativos que muestran los cambios iniciales que sufre el ectodermo hasta la formación del tubo neural. Las figuras de arriba corresponden a una vista dorsal del embrión. Las figuras de abajo corresponden a un corte transversal del ectodermo donde se aprecia mejor la formación de la placa, el surco y el tubo neural.

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Figura 5.3: Microfotografías de dos embriones: a) Vesículas encefálicas primarias. b) Vesículas encefálicas secundarias.

108

Figura 5.4: Proceso de encefalización durante distintas etapas embrionarias y fetales en el ser humano.

110

Figura 6.1: Astrocitos reactivos. Observe el aumento de tamaño de las células y de sus prolongaciones.

118

Figura 6.2: Dibujo ilustrativo donde se muestra la ubicación y acciones de las proteínas nogo-A, las glucoproteínas asociadas a oligodendrocitos (OMpg) y las glucoproteínas asociadas a mielina (MAG)

120

Figura 6.3: Neuronas en degeneración por acumulación de materiales en su interior

121

Figura 6.4: Área de penumbra isquémica rodeando la lesión primaria.

122

Figura 6.5: Proceso de formación de las placas beta-amiloides. Ver explicación en el texto.

124

Figura 6.6: Formación de los ovillos fibrilares a base de proteínas tau.

125

Figura 6.7: Acumulación de cuerpos de Lewy en el interior de las neuronas por depósitos de la proteína alfa-sinucleína.

128

Figura 6.8: Presencia de cuerpos de Lewy, coloreados de rojo dentro de las neuronas.

130

Figura 6.9: Mutación de la proteína huntingtina. Ver explicación en el texto.

132

L I S TA D E TA B L A S

Tabla 4.1: Neurotransmisores en el SN

85

Tabla 5.1: Número de neuronas en algunos animales

103

Tabla 5.2: Coeficientes de encefalización de algunas especies conocidas de vertebrados, organizados de mayor a menor.

(Tomado de https://es.wikipedia.org/...)

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PRÓLOGO

Las neuronas, una de las dos clases de células que conforman nuestro sistema nervioso y que además se encuentran por varias decenas de miles de millones, son células bien diferenciadas y altamente especializadas que, en términos muy generales, se encargan de conectarnos y relacionarnos con el mundo externo, pues es a través de estas que percibimos el suave viento que roza nuestra piel, detectamos la leve fragancia de una flor, vemos el mundo multicolor que nos rodea, reaccionamos ante un estímulo doloroso, nos movemos, nos comunicamos con los demás, recordamos la letra de una canción que memorizamos desde niños, aprendemos cosas nuevas cada día, razonamos sobre los conceptos que estamos leyendo en este libro, nos comportamos de distintas maneras y muchas cosas más. Igualmente, por medio de las neuronas nos informamos permanentemente, ya sea de manera consciente o inconsciente, sobre todo lo que acontece en nuestro mundo interno y en cada una de nuestras partes corporales.

Para cumplir con toda esta demanda de funciones las neuronas presentan características especiales en su morfología, de tal manera que adoptan una gran variedad de formas, tamaños y número de prolongaciones que se desprenden de su cuerpo para poder captar toda la información que les llega, procesarla y transformarla en impulsos nerviosos que viajan a través de ellas en forma de potenciales de acción. Además, deben tener la capacidad de reconocer y conectarse con otras células efectoras con el fin propagar los impulsos nerviosos y desencadenar en el organismo una respuesta determinada.

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Precisamente, es sobre estos y otros eventos relacionados con las neuronas que trata el contenido de este libro, cuyos capítulos se han preparado y organizado siguiendo una secuencia lógica de conceptos que hará más fácil su lectura y comprensión. Es así como en la parte introductoria se le brinda al lector una visión panorámica de lo que son las células nerviosas y su importancia para el correcto funcionamiento del sistema nervioso, a la vez que se le va orientando en el campo de la neurociencia. Ya en el primer capítulo ubicamos la neurona en su contexto histórico, resaltando aquellos personajes que, de una u otra forma, contribuyeron con sus pensamientos, sus hipótesis de trabajo, sus cuestionamientos a los dogmas establecidos y sus aportes experimentales al conocimiento actual sobre la estructura y la función de estas células. En el segundo, se estudia el origen embriológico de las neuronas, los mecanismos de formación, los distintos factores que regulan la neurogénesis, la manera como migran a sus destinos finales dentro del sistema nervioso, dónde se lleva a cabo su diferenciación y, finalmente, los mecanismos moleculares implicados en el proceso de la sinaptogénesis. En el siguiente, el tercero, se estudiarán en detalle los componentes más destacables que conforman la estructura morfológica de las tres regiones constitutivas que presenta una neurona madura típica, es decir, el soma, las dendritas y el axón. Una vez estudiada la morfología de las neuronas, en el capítulo cuarto el lector podrá comprender cómo se comunican las neuronas con las demás células efectoras a través de uniones intercelulares especializadas denominadas sinapsis y se explicarán en detalle los mecanismos moleculares implicados en la transmisión de los impulsos nerviosos. En el quinto se elucidarán los eventos relacionados con el proceso de la encefalización, y se establecerá la relación entre el número de neuronas y el tamaño del encéfalo en distintas especies animales, lo que permitirá comprender por qué el grado de inteligencia de un organismo no necesariamente está determinado por el tamaño que logra alcanzar su encéfalo sino por el coeficiente de encefalización, es decir, la medida que determina el peso relativo del encéfalo

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en relación con su peso corporal. Finalmente, en el último capítulo estudiaremos las posibles consecuencias derivadas de los distintos tipos de lesiones en el tejido nervioso; además, se mostrarán algunos mecanismos moleculares que están implicados en los procesos de cicatrización, reparación y degeneración neuronal.

Por todo lo comentado anteriormente, este libro va dirigido especialmente a los estudiantes de pregrado del área de la salud, pero también puede ser de gran utilidad para los estudiosos de las ciencias naturales, puesto que las neuronas funcionan de igual manera en todas las especies animales que presentan sistema nervioso, sin importar el grado de desarrollo y evolución que hayan alcanzado. Damos la bienvenida entonces a aquellos lectores que incursionan por primera vez en este asombroso micromundo de las neuronas, pero también aquellos otros que solo buscan refrescar y actualizar conceptos previamente aprendidos. En el fondo guardamos la esperanza de poder despertar en algunos de ustedes el interés suficiente que los motive a profundizar en este campo de la neurociencia y, mejor aún, provocar su curiosidad por la investigación.

John Barco Ríos

Prólogo

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INTRODUCCIÓN

Si nuestro sistema nervioso fuera tan simple que nosotros lo pudiéramos comprender, nosotros seríamos tan sencillos que no lo podríamos comprender.

Emerson Pugh

El conocimiento histológico del sistema nervioso es clave para la comprensión de su fisiología, lo que a su vez nos permite entender los mecanismos nerviosos mediante los cuales percibimos lo que acontece en nuestro mundo interno y la manera como nos relacionamos e interactuamos con el mundo externo. El tejido nervioso está constituido por una enorme cantidad de células que se interrelacionan para funcionar de manera armónica, y dependiendo del grado de especialización que alcanzan y de las funciones que realizan se clasifican en dos grupos: las neuronas y las células gliales. Las neuronas son células diferenciadas y altamente especializadas, encargadas de originar, transmitir y propagar los impulsos nerviosos a todo el cuerpo, y es por virtud de estos impulsos que nos movemos, sentimos, pensamos, razonamos, almacenamos información y nos comunicamos.

Mientras que las células gliales, también conocidas como glías, se encargan de mantener el soporte vital de las neuronas, regulan las concentraciones iónicas del tejido, eliminan el exceso de neurotransmisores del medio extracelular y suministran factores de crecimiento, entre otras tantas funciones.

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Múltiples factores, tanto endógenos como exógenos, pueden ocasionar lesiones en estas células que llevan a serias disfunciones del tejido nervioso, lo que se refleja en casi 600 tipos de trastornos neurológicos conocidos que afectan a millones de personas y animales. Un ejemplo muy conocido es la enfermedad de Alzheimer, que según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) afecta a más de 46 millones de personas en el mundo; otro es el trastorno neurológico que se presenta en algunos animales, denominado encefalopatía espongiforme bovina, mejor conocida como enfermedad de “las vacas locas”, desencadenada por un prión (proteína mal plegada) que induce el mal plegamiento de otras tantas proteínas.

Esta enfermedad puede ser transmitida a los humanos por el consumo de carne contaminada con estas partículas priónicas.

Entre otras tantas causas que afectan el sistema nervioso se encuentran distintos trastornos que se pueden dar durante el desarrollo embrionario, así como el desbalance en la homeostasis de los neurotransmisores sinápticos, los daños generados por la neurodegeneración, los aneurismas que comprimen el tejido nervioso, los traumas, las afecciones conductuales, las alteraciones de la unidad neurovascular (barrera hematoencefálica) y los accidentes cerebro-vasculares.

Cualquiera que sea la afección presentada siempre estarán implicadas las neuronas, ya sea en alguno de sus componentes estructurales o en la totalidad de la red dinámica de células que construye nuestra conducta.

Las neuronas son consideradas como uno de los elementos constitutivos más importantes del sistema nervioso y su función se basa principalmente en la generación, recepción y transmisión de impulsos nerviosos en forma de potenciales de acción hacia otras células diana, tales como: neuronas, células gliales, células musculares (esqueléticas, cardiacas y lisas) y células glandulares o células mioepiteliales, las cuales reaccionan originando respuestas particulares, ya sea provocando la aparición de otro impulso nervioso o desencadenando la liberación de secreciones (neurotransmisores y neuromoduladores) por mecanismos de exocitosis y porocitosis, o causando la contracción muscular para generar movimiento.

Cualquiera que sea la respuesta que origine los impulsos nerviosos en las células efectoras, el resultado final se traducirá en un cambio de la conducta del organismo.

Para su óptimo funcionamiento, las neuronas deben expresar una buena cantidad de genes contenidos en su código genético. De hecho, se estima que cerca de 200.000 secuencias del RNA mensajero se expresan en el cerebro, mucho más de lo que se expresa en el tejido hepático y el tejido renal. En suma, de los 25.000 genes aproximadamente que expresan su información para estructurar todo el cuerpo humano, se calcula que el 8% de ellos tienen la información necesaria para codificar el sistema nervioso central, tanto para su conformación neuroanatómica como para la configuración de los distintos circuitos nerviosos.

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Los nuevos descubrimientos y avances que se hacen en el campo de la biología celular y molecular, además de la genética relacionada con la estructuración normal y anormal de los canales iónicos presentes en la membrana citoplásmica de las neuronas, permitirá mejores avances en los tratamientos de aquellas enfermedades relacionadas con canalopatías y otros trastornos neurológicos.

Durante el desarrollo embrionario del tubo neural, que se forma a partir del ectodermo, se estima que unas 125.000 células neuroepiteliales se multiplican repetidamente y se transforman en neuroblastos y glioblastos, y que mediante un proceso de maduración dan origen a unas 86 mil millones de neuronas y un número aproximadamente igual de células gliales para conformar la masa encefálica.

Muchas de estas neuronas mueren a lo largo de la vida del individuo (se calcula que diariamente se destruyen unas 100.000 células nerviosas), sin que esto afecte sectores cruciales del cerebro ni el desmedro de su capacidad funcional. Si se hace un cálculo tentativo de muerte neuronal para una persona desde el momento en que nace hasta alcanzar una edad de 100 años, entonces la pérdida total equivale aproximadamente a 3.650 millones de neuronas. Sin embargo, aún queda un 96% de ellas que sigue siendo funcional, por lo que dicha pérdida sería cuantitativamente muy baja e irrelevante; pero podría llegar a ser significativa si esa pérdida sucediera en ciertas áreas críticas del encéfalo, como aquellas encargadas de la función automática de la respiración en los núcleos respiratorios anterior y posterior de la médula oblonga.

En el sistema nervioso central se pueden presentar tumores de estirpe neuronal.

Se trata de un grupo de afecciones poco frecuentes que constituyen cerca del 1 al 3% de los tumores cerebrales que aparecen en el adulto y alrededor del 10% en los niños. Estos tumores están constituidos por células neoplásicas de origen neuronal, que histológicamente se definen como una lesión con presencia de neuronas maduras neoplásicas bien diferenciadas que presentan dos o más núcleos, y los gangliocitomas que se relacionan frecuentemente con epilepsia.

Las señales nerviosas que emiten las neuronas pueden afectar en forma directa a otras células que se encuentran cercanas; pero otro tipo de señales, a manera de secreciones neuroendocrinas, pueden ser vehiculizadas por la sangre y afectar otras células que se encuentran muy distantes. En este libro centraremos nuestra atención especialmente en aquellas señales que se constituyen en impulsos nerviosos, los cuales se originan por corrientes iónicas masivas de Na+ y de K+ hacia el interior y el exterior de las neuronas durante las fases de despolarización y repolarización del potencial de acción. Por ejemplo, se sabe que durante la generación de un potencial de acción, que dura poco menos de 1 milisegundo, fluyen aproximadamente unos 53 millones de iones de Na⁺ hacia el interior de la neurona, lo que corresponde al 0,013% de la concentración intracelular de este ión. En los impulsos nerviosos también están involucrados otros iones, como Ca2+, Cl- y Mg2+.

Introducción

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Para su correcto funcionamiento, las neuronas deben producir enormes cantidades de energía en forma de ATP, por eso cuentan con un buen número de mitocondrias encargadas de realizar el metabolismo oxidativo de la glucosa. Las mitocondrias se distribuyen estratégicamente en aquellos sitios de la célula que más energía demandan. Por ejemplo, muchas de ellas se ubican próximas a la membrana citoplásmica donde se llevan a cabo importantes mecanismos de transporte activo, como sucede con las bombas de Na+/K+ que se encargan de mantener el estado polarizado de las células mediante el bombeo permanente de estos iones; en efecto, se calcula que el 60% de la energía se gasta en el funcionamiento de estas bombas. Otras tantas mitocondrias se localizan cerca del retículo endoplásmico rugoso, donde la energía aportada se utiliza para llevar a cabo la síntesis de importantes moléculas para la célula, entre ellas los neurotransmisores que intervienen en la propagación de los impulsos nerviosos. Alrededor del núcleo también se ubican mitocondrias que aportan la energía necesaria para mantener la actividad transcripcional de los genes. Como se evidencia, son muchos los procesos realizados por las neuronas que implican un gasto permanente de energía.

Para suplir toda esta demanda energética, las neuronas requieren de un buen suministro de oxígeno y nutrientes. Aunque el encéfalo humano constituye apenas el 2% de la masa corporal total, éste consume entre un 25% y un 65% de todo el oxígeno que circula en nuestra sangre, que corresponde a un consumo de 156 milimoles de oxígeno/100 gramos de tejido/minuto. Este oxígeno es empleado por las cadenas respiratorias de las mitocondrias para impulsar y mantener el flujo de electrones necesario para la fabricación del ATP a partir de las moléculas de glucosa que le llegan. Este requerimiento es equivalente a una quinta parte del volumen del gasto cardíaco por minuto en reposo. Los valores del consumo de glucosa comienzan a variar a medida que el individuo envejece, de tal manera que dicho consumo disminuye un 25% aproximadamente entre los 20 y 70 años de edad, secundario a una disminución proporcional en el metabolismo neuronal y neuroglial. Cuando las neuronas comienzan a fallar debido a esta disminución progresiva de su metabolismo energético, el individuo comienza a manifestar algunos signos típicos, como la pérdida parcial o total del movimiento; alteraciones en el registro de la información medioambiental (exterocepción) y la del propio cuerpo (interocepción); y también se presentan alteraciones en la conducta (percepción). El estudio de todas estas alteraciones estructurales y funcionales de las neuronas es realizado por distintas disciplinas de la salud, como la psiquiatría, la psicología, la neurología, la neurocirugía y la neuro-rehabilitación, las cuales buscan dar solución de manera integral a los distintos problemas neurológicos.

Existe una íntima correlación entre la estructura y la función del sistema nervioso, lo que permite a los clínicos una mejor precisión diagnóstica que no se logra en otros sistemas corporales. Además, con el desarrollo de la tecnología al servicio de la

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salud, se han podido hacer valoraciones más precisas acerca de la actividad eléctrica de los distintos componentes del sistema nervioso, como sucede con la aplicación de electroencefalogramas, electrocorticogramas, tomografías computarizadas, resonancias magnéticas simples y funcionales (aunque con estas no se sigue la actividad directa de las neuronas, sino que se identifican cambios secundarios al flujo sanguíneo asociado a una región determinada de la corteza cerebral); tractografías de tensor de difusión (que permiten la visualización de axones en la sustancia blanca del sistema nervioso central para obtener información de conexiones entre nodos de la red neuronal), estimulación magnética transcraneal, optogenética (técnica con la que se modifican genéticamente animales para que sus neuronas produzcan proteínas fotosensibles, de tal manera que cuando estén expuestas a determinada longitud de onda mediante el uso de fibra óptica, las neuronas puedan ser valoradas en estados de activación o inactivación. La base de esta última técnica estriba en que algunos colorantes “electrosensibles” varían su propiedades en función del voltaje, como los relacionados con el gen de la medusa luminiscente Aequorea victoria que elabora proteína verde fluorescente); y técnicas de obtención de imágenes del calcio (que miden la actividad de circuitos neurales, como en el caso de los relacionados con el pez cebra en su estado basal). Todas estas técnicas permiten a los clínicos conceptualizar objetivamente los problemas de la mente, entendida como lo emergente funcional de las neuronas.

Algunos de estos procedimientos requieren la aplicación de electrodos sobre la superficie cutánea para obtener un registro, como se hace en mediciones de electro encefalogramas; o también la aplicación de electrodos directamente sobre el tejido nervioso, como los electrocorticogramas; en otros casos se estimulan grupos de axones con potenciales provocados (evocados), como sucede en la resonancia magnética simple. Para visualizar el sistema nervioso central de forma estática se recurre a tomografías computarizadas o resonancia magnética simple; pero cuando se desea ver a las neuronas en acción se opta por la resonancia magnética funcional o tomografías por emisión de positrones (aunque con esta técnica realmente no se valora en forma directa el trabajo neuronal sino el gasto energético asociado con el consumo de glucosa).

Pese a que el conocimiento integral de la estructura y propiedades fisiológicas de las neuronas es fundamental para comprender la manera cómo funciona el cerebro, esto no es suficiente para interpretar el complejo comportamiento del ser humano, puesto que el cerebro presenta múltiples propiedades emergentes que lo hacen muy difícil de comprender a partir del estudio de sus neuronas individuales; además, las neuronas no son entes aislados, por el contrario, se encuentran ricamente comunicadas con otras neuronas formando complejas marañas de circuitos nerviosos; por lo tanto, una neurona sola y aislada no sirve de nada y su destino es la muerte.

Introducción

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A pesar de los más de cien años de estudio desde su descubrimiento, aún existen muchas incógnitas acerca de las neuronas que la investigación básica está tratando de dilucidar; pero los fundamentos esenciales para comprender en buena parte su funcionamiento y la manera cómo se interrelacionan para constituir el tejido nervioso ya se conocen.

Este libro se ha preparado para brindarle al lector una visión panorámica y a la vez detallada de las neuronas desde distintas perspectivas. En primer lugar, haremos un recuento histórico sobre los conceptos más relevantes que precedieron al descubrimiento de estas células nerviosas hasta el conocimiento actual que se tiene sobre ellas. Después las abordaremos desde el campo embriológico para conocer su génesis y su maduración. Posteriormente haremos una descripción de su morfología y profundizaremos en algunos aspectos moleculares. Luego explicaremos algunos aspectos de su fisiología, donde el lector podrá entender la manera como los impulsos nerviosos son propagados a otras células. Por último, hablaremos sobre las causas y los procesos degenerativos que llevan a la muerte neuronal.

Damos la bienvenida al lector que por primera vez incursiona en el fascinante mundo de las neuronas, esperamos que su curiosidad se vea plenamente satisfecha o, por lo menos, más motivada. Para aquel otro lector que ya ha trasegado por la ruta de este conocimiento lo invitamos a reconceptualizar lo aprendido, quizá surja un nuevo saber o, mejor aún, nuevas ideas que le permitan entender la manera cómo nos relacionamos con el mundo a través del sistema nervioso.

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Este libro se terminรณ de imprimir en el mes de diciembre de 2017 en Xpress Estudio Grรกfico y Digital S.A. Bogotรก - Colombia