Centro de Enseñanza Técnica y Superior

Campus Mexicali

“Sistema Nervioso” Investigación

Manuel Muñoz Aguirre 20048

Ing. Cibernética Electrónica

Análisis de Sistemas Biológicos y Fisiológicos

Mexicali, B.C. a 13 de octubre de 2010

SISTEMA NERVIOSO

1. Describa cuál es la histología del tejido nervioso.

El tejido nervioso sólo tiene dos tipos principales de células: neuronas y células gliales. Las neuronas se encargan de muchas funciones especiales que se atribuyen al sistema nervioso como sensaciones, pensamiento, recuerdos, actividad muscular controlada, y regulación de secreciones glandulares. Las células gliales brindan sostén, nutrición y protección a las neuronas, además de mantener la homeostasis del líquido intersticial que baña a las neuronas.

Neuronas

Las neuronas tienen la propiedad de excitabilidad eléctrica, es decir, la generación de potenciales de acción o impulsos en respuesta a estímulos. Una vez que ocurren, los potenciales se propagan de un punto a otro por medio de la membrana plasmática, gracias a la presencia de canales iónicos específicos. La mayoría de las neuronas tienen tres partes:

a. Cuerpo celular

Contiene un núcleo rodeado por el citoplasma. Posee organelos como lisosomas, mitocondrias y complejo de Golgi; y lipofuscina, que es un pigmento que se acumula en forma de grupos de gránulos de color amarillento en el citoplasma (es producto de los lisosomas neuronales que se acumula cuando las neuronas envejecen). Incluye grupos prominentes de retículo endoplásmico rugoso llamados cuerpos de Nissl. Las proteínas que sintetizan estos cuerpos se usan para reponer componentes celulares, como material para el crecimiento de las neuronas y para regenerar axones dañados. El citoesqueleto comprende neurofibrillas, que consisten en haces de filamentos intermedios y brindan sostén y forma a la célula, y microtúbulos que ayudan a mover materiales entre el cuerpo y el axón. Hay dos tipos de prolongación del cuerpo celular: varias dendritas y un solo axón.

b. Dendritas

Porción de la neurona que recibe los impulsos nerviosos. Cortas, ahusadas y ramificadas. En muchas neuronas, forman prolongaciones a manera de árbol, que nace del cuerpo celular. Generalmente las dendritas no están mielinizadas. Su citoplasma contiene cuerpos de Nissl, mitocondrias y otros organelos. Detectan estímulos sensoriales.

c. Axón o neurita

Transmite los impulsos nerviosos hacia otras neuronas, fibras musculares o células glandulares. Un axón es una prolongación cilíndrica, delgada y larga, que con frecuencia se une en el cuerpo celular en una elevación cónica, la eminencia axónica. La primera parte del axón es el segmento inicial. En la mayoría de las neuronas, los impulsos surgen en la unión de la eminencia con el segmento inicial, lo que se denomina zona de activación, para luego ser conducidos por el axón. Al citoplasma axónico (axoplasma), lo envuelve la membrana plasmática conocida como axolema. A lo largo del axón hay ramas laterales, llamadas colaterales axónicos, que en general forman un ángulo recto con el axón. Este último y sus colaterales terminan al dividirse en muchas prolongaciones finas, las terminales axónicas.

Las neuronas se categorizan según el número de prolongaciones que se extienden del cuerpo celular.

Neuronas multipolares: Tienen varias dendritas y un axón.

Neuronas bipolares: Poseen una dendrita principal y un axón, se localizan en retina, oído interno y área olfatoria del cerebro.

Neuronas unipolares: son sensoriales y se originan en el embrión como neuronas bipolares.

Células gliales

Comprenden casi la mitad del volumen del sistema nervioso central. Son participantes activos en el funcionamiento del tejido nervioso. Son más pequeñas que las neuronas, además de que su número excede al de éstas de 5 a 50 veces. En contraste con las neuronas, no generan ni propagan potenciales de acción, pero sí pueden multiplicarse y dividirse en el sistema nervioso maduro. En caso de lesión o enfermedad, las células gliales se multiplican para llenar los espacios que ocupaban las neuronas. De los seis tipos de células gliales, solo cuatro se encuentran en el sistema nervioso central:

Astrocitos: Ayudan a mantener el ambiente químico apropiado para que se generen los potenciales de acción neuronales, aportan nutrientes a las neuronas y captan el exceso de neurotransmisores, participando en su metabolismo.

Oligodendrocitos: Forman una red de sostén alrededor de las neuronas del SNC y producen vainas de mielina que rodean a varios axones adyacentes de neuronas del SNC.

Microglia: Protege a las células del SNC contra enfermedades al engullir microbios invasores, elimina los deshechos de las células muertas y emigra a áreas de tejido nervioso lesionado.

Células epindemarias: Producen el líquido cefalorraquídeo y participan en su circulación.

Las otras dos se encuentran en el Sistema Nervioso Periférico:

Células de Schwann: Cada célula produce una parte de la vaina de mielina que rodea un axón en neuronas del SNP, participan en la regeneración de axones del SNP.

Células satélite: Brindan sostén a neuronas en los ganglios del SNP.

2. Elabore un cuadro sinóptico de la organización del sistema nervioso.

Sistema Nervioso

Sistema Nervioso Central

-Encéfalo

-Médula espinal

Éstos integran y correlacionan información sensorial. El SNC es la fuente de pensamientos, emociones y recuerdos. La mayoría de los impulsos nerviosos que estimulan la contracción muscular o las secreciones glandulares se originan en el SNC.

3. Explique detalladamente en qué consisten las señales eléctricas de las neuronas, señalando qué es el potencial de acción, qué es polarización, despolarización y repolarización, señalando qué fenómenos electroquímicos suceden.

Señales eléctricas

Las neuronas se comunican entre sí por dos tipos de señales eléctricas: potenciales de acción, que permiten la comunicación de corta y larga distancias en el cuerpo, y potenciales graduados que se usan sólo para la comunicación a corta distancia. La producción de ambos tipos de señal depende de dos características de la membrana: el potencial de la membrana en reposo, y canales iónicos excitables.

Canales iónicos: Cuando están abiertos, permiten que iones específicos difundan a través de la membrana plasmática conforme a su gradiente electroquímico. El resultado es un flujo de corriente que puede cambiar el potencial de la membrana. Hay dos tipos:

o Canales de filtración: siempre están abiertos. La membrana plasmática suele tener muchos más canales de filtración de iones potasio (K+) que de iones sodio (Na+).

o Canales de compuerta: se abren y se cierran en respuesta a algún tipo de estímulo. La presencia de estos canales en la membrana les confiere su excitabilidad eléctrica. Las neuronas y las fibras musculares poseen tres subtipos de canales de compuerta:

Sistema Nervioso

Periférico

Sistema Nervioso Somático

-Neuronas sensoriales: Transmiten al SNC información de los receptores de los sentidos especiales y somáticos, localizados principalmente en cabeza, pared corporal y extremidades.

-Neuronas motoras: Con origen en el SNC, que conducen impulsos sólo a los músculos esqueléticos.

Estas respuestas motoras se pueden regular de forma consciente, de modo que la acción de esta parte del SNP es voluntaria.

Incluye todo el tejido nervioso que no es parte del SNC: nervios craneales y sus ramas, nervios raquídeos y sus ramas, ganglios y receptores sensoriales.

Sistema Nervioso

Autónomo

-Neuronas sensoriales: Transmiten al SNC información de los receptores sensoriales autónomos, situados sobre todo en las vísceras.

-Neuronas motoras: Del SNC, que conducen impulsos nerviosos a músculo liso, miocardio, glándulas y tejido adiposo. Esta porción se subdivide en sistema nervioso simpático y sistema nervioso parasimpático.

Gran parte de sus respuestas motoras no está bajo regulación consciente, de modo que la acción del SNA es involuntaria.

Sistema Nervioso Entérico

Considerado el “cerebro del tubo digestivo”, opera de manera involuntaria. Consta de casi 100 millones de neuronas en los plexos entéricos, distribuidos a lo largo del tubo digestivo. Muchas de ellas funcionan hasta cierto punto con independencia del SNA y SNC.

Canal iónico de voltaje: Usados en la generación y conducción de potenciales de acción, se abren en respuesta a un cambio de potencial en la membrana.

Canal iónico de ligandos: Se abre o cierra en base a un estímulo químico específico. Canal iónico de compuerta mecánica: se abre y cierra en respuesta a estímulos,

como vibraciones, presión o estiramiento de tejidos. Estos factores distorsionan la forma que tiene el canal en reposo, con lo cual lo abren.

El potencial de membrana se debe a la pequeña acumulación de iones con carga negativa en el citosol, a lo largo de la cara interna de la membrana, y una acumulación similar de iones con carga positiva en el líquido extracelular. La separación de cargas eléctricas positivas y negativas es una forma de energía potencial que se mide en voltios o milivoltios. Cuanto mayor sea la diferencia de carga a través de la membrana, habrá más potencial de membrana (voltaje). El potencial en reposo varía de -40 a -90 mV, y normalmente es de -70 mV.

Potencial de acción, polarización, despolarización y repolarización

Potencial de acción: Conocido también como impulso nervioso, es una secuencia de fenómenos que ocurren con rapidez, disminuyen y en última instancia invierten el potencial de la membrana, para luego restaurarlo a un estado de reposo. Durante un potencial de acción, se abren y después se cierran dos tipos de canales iónicos de voltaje, presentes sobre todo en la membrana plasmática de axones y terminales axónicas. Primero se abren canales que permiten la entrada de Na a la célula, lo cual provoca su despolarización. Luego se abren canales de K con lo que ocurre la salida de estos iones y ocurre la repolarización. En total, estas fases suelen durar 1 ms en las neuronas. El potencial de acción surge conforme al principio o ley de todo o nada: si la despolarización alcanza cierto valor (-55 mV), se abren los canales iónicos de voltaje y ocurre un potencial de acción que siempre tiene la misma amplitud, generando un efecto dominó.

Polarización: Se dice que una célula está polarizada cuando presenta potencial de membrana. La mayoría de las células corporales están polarizadas, con voltaje de membrana que varías de +5 mV a -100 mV en los diversos tipos celulares. El potencial de membrana en reposo se mantiene por dos factores:

o Distribución desigual de los iones a uno y otros lados de la membrana plasmática. Los iones sodio y cloruro abundan en el líquido extracelular mientras que en el citosol el catión principal es el potasio.

o Permeabilidad relativa de la membrana plasmática a Na y K: En una neurona o fibra muscular en reposo, la permeabilidad de la membrana plasmática a los iones potasio es 50 a 100 veces mayor a los de Na. El potencial de membrana con que se equilibra la diferencia de concentración de K es de -90 mV y se denomina potencial de equilibrio del potasio.

Despolarización: Si un potencial graduado despolarizante u otro estímulo hacen que la membrana se polarice hasta un valor crítico llamado umbral (-55 mV), empiezan a abrirse rápidamente los canales de Na de voltaje. Los gradientes eléctrico y químico favorecen la entrada de Na por los canales abiertos, y el resultado de tal flujo es la fase de despolarización del potencial de acción. El ingreso de Na se vuelve tan grande que el potencial de membrana cambia de -55 mV a 0 mV y llega finalmente a +30 mV, es decir, es 30 mV más positivo que el exterior. Cuando se alcanza el valor de umbral, muchos canales de Na cambian del estado de reposo al estado activado: se abren las compuertas de activación e inactivación y los Na entran en la célula. A medida que se

abren más canales, aumenta el flujo de sodio a la célula, la membrana se despolariza todavía más y así sucesivamente. Es un sistema de retroalimentación positiva porque la despolarización causa ingreso de Na, con lo que se incrementa la propia despolarización, produciendo mayor flujo de Na.

Repolarización: La despolarización de umbral abre los canales de Na y K de voltaje. No obstante, los de K se abren con más lentitud, por lo que esto ocurre casi al mismo tiempo que se cierran los canales de Na de voltaje. Esta apertura más lenta de los canales de K de voltaje y el cierre de canales de Na previamente abiertos originan la fase de repolarización del potencial de acción, en que se restaura el potencial de la membrana en reposo. La velocidad de entrada de Na disminuye conforme se inactivan los canales para estos iones, al mismo tiempo que se abren los canales de K y se acelera la salida de iones potasio. Estos dos fenómenos hacen que el potencial de membrana cambie de +30 mV a 0 mV y por último hasta -70 mV. La repolarización también permite que los canales de Na inactivados reviertan a su estado de reposo.

4. Explique qué es una sinapsis, cuáles son las partes de la sinapsis, cómo se clasifican las sinapsis y qué sucede durante la misma.

La sinapsis es una unión intercelular especializada entre neuronas. En estos contactos se lleva a cabo la transmisión del impulso nervioso. En las sinapsis entre neuronas, la neurona presináptica es la que transmite el impulso, y la neurona postsináptica es la que lo recibe. La mayoría de las sinapsis son axodendríticas (entre axones y dendritas), axosomáticas (de axones con el cuerpo celular neuronal) o axonaxónicas (entre axones). Las sinapsis se clasifican en dos por su funcionalidad y estructura:

Sinapsis eléctrica: Las corrientes iónicas se propagan en forma directa entre células adyacentes mediante uniones de abertura o nexos. Cada una de estas uniones contiene proteínas tubulares llamadas conexones, que forman túneles con los que se conecta el citosol de dos células, logrando un flujo bidireccional de iones y moléculas. En el caso de los iones, ello constituye una ruta para el flujo de corrientes. Tienen tres ventajas:

1. Comunicación más rápida: los potenciales de acción se conducen directamente a través de los nexos.

2. Sincronización: de fibras musculares o grupos de neuronas. 3. Transmisión bidireccional.

Sinapsis química: No hay contacto entre las membranas plasmáticas de las neuronas presinápticas y postsinápticas, están separadas por la hendidura sináptica (20 a 50 nm de líquido intersticial). Los impulsos nerviosos no pueden propagarse por la hendidura, por lo que la neurona presináptica libera un neurotransmisor que difunde en la hendidura sináptica y actúa en receptores de la membrana plasmática de la neurona postsináptica, con lo que se produce un potencial postsináptico, que es un tipo de potencial graduado. El impulso nervioso presináptico se convierte en señal química (neurotransmisor). La neurona postsináptica recibe este mensajero químico y a su vez genera un impulso eléctrico (potencial postsináptico). El tiempo necesario para estos procesos en una sinapsis química es de 0.5 ms, es decir, con mayor lentitud. Sólo es posible la transmisión unidireccional. La sinapsis química ocurre en una serie de pasos:

1. Llega un potencial de acción al bulbo terminal de un axón presináptico. 2. La fase de despolarización del potencial de acción abre los canales Ca de voltaje. 3. El aumento de la concentración de Ca en el interior de la neurona presináptica

desencadena la exocitosis de algunas de sus vesículas sinápticas, liberando neurotransmisores en la hendidura sináptica.

4. Los neurotransmisores se unen a los receptores de neurotransmisores en la membrana plasmática de la neurona postsináptica.

5. La unión de las moléculas de neurotransmisores con sus receptores abre los canales iónicos permitiendo el flujo de iones a través de la membrana.

6. Se produce despolarización o hiperpolarización. 7. Si la despolarización alcanza el valor de umbral, se generan uno o más potenciales de

acción.

5. Describa qué es la médula espinal y cuáles son los nervios espinales y cuántos son, señalando qué es un plexo y cuántos hay en el cuerpo humano.

La médula espinal es la región del SNC que se halla alojada en el conducto raquídeo y es encargada de llevar impulsos nerviosos a los 31 pares de nervios raquídeos. La principal función de la médula espinal consiste en transmitir impulsos nerviosos desde la periferia al encéfalo y de éste a la periferia. En la sustancia blanca de la médula espinal la información sensorial viaja por dos rutas principales: los cordones posteriores y los fascículos espinotalámicos. La información motora viaja por dos rutas principales a través de la sustancia blanca de la médula espinal: las vías directas y las indirectas. La segunda función más importante de la médula espinal consiste en servir como centro integrador de los reflejos espinales; esta concentración se realiza en la sustancia gris.

Los reflejos pueden ser espinales o craneales y somáticos o autonómicos. El arco reflejo es la vía más sencilla que conecta el estímulo sensorial con la reacción motora. Se define como el trayecto que realiza la energía y el impulso nervioso de un estímulo en dos o más neuronas. La médula espinal recibe los impulsos sensitivos del organismo y los envía al cerebro (vías aferentes), el cual envía impulsos motores a la médula (vías eferentes) que los envía, a su vez, a los órganos a través de los nervios espinales. Una vez recibida la orden, el órgano o el receptor de esta instrucción, ejecuta la orden. Los componentes del arco reflejo son: el receptor, la neurona sensorial, el centro de integración, la neurona motora y el efector.

Hay 31 pares de nervios espinales/raquídeos:

8 pares de nervios raquídeos cervicales

12 pares de nervios raquídeos torácicos

5 pares de nervios raquídeos lumbares

5 pares de nervios raquídeos sacros

1 par de nervios raquídeos coccígeos

Un plexo es la red formada por varios ramos o filetes nerviosos o vasculares entrelazados, y son 5: cervical, braquial, solar, lumbar, sacro.

6. ¿Qué son los pares craneales, cómo se clasifican y qué función tienen?

Los nervios o pares craneales, al igual que los raquídeos, son parte del sistema nervioso periférico. De los 12 pares de estos nervios, 10 nacen en el tronco encefálico. Se designan con números romanos y nombres. Los números indican el orden, de anterior a posterior, en que nacen los nervios del encéfalo, y los nombres, su distribución o función. Los nervios I y II se denominan nervios sensoriales porque sólo contienen fibras sensoriales, mientras que los restantes son nervios mixtos, con axones de neuronas sensoriales y motoras. El cuerpo celular de las primeras se localiza en ganglios extracerebrales, mientras que el de las neuronas motoras se sitúa en núcleos encefálicos. La clasificación es:

Nervio olfatorio (I)

Nervio óptico (II)

Nervio oculomotor (III) o nervio motor ocular común

Nervio troclear (IV) o patético

Nervio trigémino (V)

Nervio abducens (VI) o nervio motor ocular externo

Nervio facial (VII) o intermediofacial

Nervio vestibulococlear (VIII) o auditivo

Nervio glosofaríngeo (IX)

Nervio vago (X) o cardioneumogastroentérico

Nervio espinal (XI) o accesorio

Nervio hipogloso (XII)

Bibliografía

Espasa. (s.f.) Diccionario Médico Espasa. España: Espasa.

Quiroz, F. (1994). Anatomía humana, Vol 1- 3. México: Porrúa.

Tortora, G. (2002). Principios de anatomía y fisiología. México: Oxford University Press