BMSN_Sistema_nerviós_1 (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Neurobiologia
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 13/09/2017
Descargas 2
Subido por

Vista previa del texto

SISTEMA NERVIÓS Introducció i funcions Les principals funcions del sistema nerviós són: - Obtenció  d’informació  de  l’entorn. Tots els éssers vius animals reben informació de l’entorn en que viuen perquè tenen (tenim) detectors diversos (de fotons, de deformació mecànica, químics a través dels òrgans   de   l’olfacte   i   del   gust, receptors mecànics més subtils com són els dels sons, etc.), que són en conjunt els òrgans dels sentits (en el cas humà). No és però un fet exclusiu dels organismes pluricel·lulars: un paramecis és un individu unicel·lular que es pot considerar que no té SN però sí que detecta   l’entorn   gràcies   a   les   proteïnes   que   té   a   la   membrana, i   a   través   d’un   mecanisme de transducció de senyal emet una resposta. En el cas dels individus més complexes, aquestes proteïnes es concentren en una cèl·lula, que per exemple és un fotoreceptor,  i  aquesta  s’integra  al seu torn en un sistema més complex que conforma un òrgan del sentit. Hi ha però moltes coses que existeixen   en   l’entorn   que   no   detectem perquè no tenim receptors per fer-ho (com els raigs X , gamma, radiació UV, etc.).
- Processament i emmagatzematge de la informació.
- Generació de comportament. El SN és un sistema compost   d’entrades   i   sortides   (aferències i eferències), i les entrades deixen unes petjades de memòria que condicionen el comportament.
- Processos cognitius (pensament) i afectius (emocions). En són exemples la memòria, l’aprenentatge i l’autoconsciència. Cal esmentar que no existeixen unes bases de coneixement que expliquin aquesta funció del SN, particularment desenvolupada en els humans. És per aquest motiu que les malalties psiquiàtriques són tant desconegudes. Per això es diu que el cervell és una gran frontera de les ciències biològiques respecte el coneixement.
- Integració orgànica en organismes pluricel·lulars.  El  SNV  és  l’encarregat  de  realitzar   aquesta funció.
Nota. Actualment   està   molt   clar   que   el   SN   és   el   responsable   d’aquestes   funcions   descrites més amunt, però durant molts anys de la història de la medicina, això no havia estat així. Aristòtil, per exemple, va   establir   que   la   seu   d’aquestes   funcions   no   era el cervell sinó el cor, mentre que el cervell era només una torre de refrigeració (teoria dels humors); visió que encara ara perdura  en  certs  aspectes  com  l’associació   que  es  fa  entre  l’afectivitat  i  el  cor.
Complexitat del sistema nerviós Es calcula que el nombre de neurones que hi ha en total al sistema nerviós és de 10.000   milions.   Per   tenir   una   idea   de   la   magnitud   d’aquesta xifra, es pot tenir en compte que 4,5 x 106 és  la  quantitat  d’hematies  per  mil·∙límetre  cúbic  de  sang, que al multiplicar-ho pels 5-6L de sang que es calcula que té cada individu de mitjana, això dóna una xifra molt més elevada que el nombre de neurones.
Aquestes neurones, però, presenten una singularitat: cada hematia (per seguir amb l’exemple) és  una   rèplica   de   l’altre,  de   manera  que   si   es   coneix   la  funció   d’un   es   pot   conèixer la funció global de tots ells. En canvi, cada neurona és una situació única, que forma  part  d’un  circuit  concret  i  amb  una  funció  concreta.   A més, no són recanviables: durant   el   desenvolupament   se’n   formen   més   de   les   necessàries, aquestes interaccionen formant circuits, les que sobren desapareixen, i les que queden han de durar al llarg de tota la vida de  l’individu. En determinats territoris molt concrets es produeix un recanvi neuronal, però en general no es recanvien.
El nombre de neurones és per tant rellevant (en el cervell hi ha moltes més cèl·lules glials que neurones) i, a mes, és una cèl·lula que està en un estat terminal de diferenciació.
Les   neurones   s’articulen   mitjançant   sinapsis   (que   n’existeixen   de   diversos   tipus)   i,   a   nivell individual, la neurona rep diversos senyals, els integra, els analitza i envia una informació determinada en un moment concret. Les neurones del còrtex, per exemple, tenen 1.000x1012 sinapsis, que ja és un nombre significativament molt elevat. Com a curiositat, esmentar que Gerald Edelman va ser qui va fer aquests càlculs, i va establir que, si es contés una sinapsis cada segon, es trigarien 32  milions  d’anys  en  comptar-les totes.
Les combinacions que es poden formar amb les neurones i les sinapsis que aquestes estableixen donen una xifra  astronòmica  de  l’ordre  de  10  seguit  de  106 zeros.
La tècnica de Golgi va permetre identificar la neurona a nivell microscòpic. El dipòsit de plata que utilitza la tècnica penetra en el teixit “decorant” només algunes de les neurones que hi ha, no totes. D’aquesta  manera, es poden ubicar neurones en els diferents territoris del cos.
Una neurona és contigua a les altres, però no continua. Aquesta contigüitat indica que cada neurona és individual, és separada, però la separació entre neurones està sota el límit del que permet la resolució microscòpica (no hi ha separació). Només es van poden veure separades quan als anys 50 es va poder finalment observar les neurones en els microscopis i veure que feien sinapsis. La microscòpia no resol però aquesta separació, que  és  només  d’alguns  nanòmetres.
La cèl·lula neuronal a més està polaritzada: té un arbre dendrític que serveix per rebre senyals  i  un  axó  que  serveix  per  emetre’ls.  De  manera  que  té  un  caràcter  centrípet  en   les  dendrites  i  un  centrífug  en  l’axó.
Les espines dendrítiques són zones de recepció de senyals, zones de sinapsis axodendrítiques (cada   espícula   representa   la   unió   d’un   axó   sinàptic   amb   la   dendrita:   en  cadascuna  d’elles  hi  va  a  parar  l’axó  d’una   altra   neurona).   D’aquesta   manera,   una   neurona en un moment determinat pot integrar el senyal que rep de tots els axons i decidir si envia o no un PA (el llenguatge de les neurones són els PA, que és un llenguatge binari). I el llenguatge depèn en un moment determinat de la integració de tots els missatges que rep de les sinapsis.
Nota. No totes les neurones tenen espines (tenen dendrites); en tenen per exemple les neurones piramidals   de   l’escorça.   En animals   recent   nascuts,   el   nombre   d’espines   és molt baix, ja   que   les   sinapsis   encara   no   s’han   format   (i a mesura que maduren apareixen aquestes espines).
Les neurones utilitzen un neurotransmissor determinat i específic, de manera que es poden identificar en funció d’aquest NT que utilitzen. Si una neurona és per exemple glutaminèrgica, totes les senyals que enviï les emetrà a través de glutamat; ara bé, tots els inputs als que està sotmesa aquesta mateixa neurona estaran expressats per gran varietat de NT (expressarà receptors per gran varietat de NT).
Connectome Actualment   es   poden   identificar   les   neurones   d’una   manera   pràcticament   idèntica   a   com  abans  s’identificaven els aparells de Golgi, i es relaciona amb els transgènics que expressen proteïnes fluorescents en determinades poblacions neuronals.
Per exemple, un animal transgènic que sobreexpressi una proteïna fluorescent sota el control   d’un   promotor   neuronal, les neurones expressaran més o menys aquests gens. Si sota diferents promotors neuronals s’expressen  proteïnes fluorescents diferents, i a més es dóna la circumstància que la quantitat de proteïna expressada no és idèntica en totes les cèl·lules neuronals (per exemple una proteïna fluorescent verda, una proteïna fluorescent blava i una proteïna fluorescent vermella), hi haurà una cèl·lula que n’expressarà molt de blava, una mica de vermella i una mica de verda; una altra que n’expressarà molt de blava, molt de vermella i poc de verda, etc.; d’aquesta   manera   cada   neurona   presentarà   un   espectre   d’emissió   que   serà   únic, i es podrà identificar cada cèl·lula diferenciada pel seu color de combinació espectral.
Això es fa actualment en pocs laboratoris del món, sota un projecte anomenat l’estudi  del  connectome.  Aquest  estudi   treballa amb neurones de ratolí, ja que aquestes neurones, una vegada identificades i reconstruïdes (mitjançant softwares especials) les connexions tridimensionalment, permeten analitzar el connectome (dels ratolins). És un gran projecte  en  el  qual  s’estan  identificant  noves  connexions  en  el  cervell.
Sota aquest concepte, el connectome (que identifica com les neurones estan connectades) el podem contemplar a diversos nivells. Per exemple, es pot contemplar a nivell de les connexions macro (algunes les coneixem ja). Aquestes macroconnexions connecten àrees del cervell diferents (per exemple l’escorça   cerebral   es   connecta   amb la medul·la espinal), però en aquestes zones hi ha neurones, les quals poden ser de diferents classes i connectarse de manera diversa.
Un altre nivell seria dins   d’una   neurona determinada del cervell: les neurones es poden organitzar en sub-circuits específics. I finalment també es pot estudiar com les sinapsis neuronals de cada neurona individual estan connectades amb la neurona veïna. Per tant,  hi  ha  molta  complexitat  pel  que  fa  als  nivells  d’estudi  de  les  connexions.
Una vegada identificades aquestes connexions,   si   s’analitza   quina quantitat d’informació  es  necessita per emmagatzemar aquestes dades, es pot observar que des del nivell més macro caldria un pentabyte per emmagatzemar totes aquestes dades, mentre que en el nivell més  micro  caldria  més  d’un  kilobyte  d’informació.
A més, des del punt de vista instrumental,  també  el  nivell  d’aproximació  és  diferent:  a   nivell macro amb la microscòpia i la radiologia seria suficient, mentre que a nivell micro pot passar en un punt intermedi amb la microscòpia confocal de fluorescència, fins arribar a nivell de la microscòpia electrònica.
Tipus de neurones Existeixen neurones de molt diversa morfologia (hi ha neurones amb axons molt llargs que connecten zones del cervell molt distants), això fa que les neurones siguin un tipus cel·lular molt particular: poden tenir axons que fan moltes vegades la mida del seu cos cel·lular (el qual té un únic nucli i orgànuls que han de mantenir aquest llarg axó).
Aquestes neurones  s’anomenen  de  projecció  i  constitueixen les grans vies neuronals. A banda   d’aquestes   neurones   que   connecten llargues distàncies, hi ha moltes interneurones, que  són  d’axó  curt;  són neurones en que la seva expansió dendrítica i axonal   no   s’allunya   molt   del   seu   cos   cel·lular. Hi   ha   moltes   classes   d’interneurones,   i   justament a mesura que incrementa la complexitat del cervell, més que incrementar el nombre de neurones de projecció (que també augmenta, però en menor proporció), el que  augmenta  notablement  és  el  nombre  d’interneurones.  Les  interneurones  són  les   que estan involucrades en el processament de la senyal (les interneurones estan involucrades en les entrades i sortides, així com en el transport de senyal a llarga distància) i són per tant les més abundants.
Cal recordar que dins del soma hi ha un nucli únic amb un nuclèol molt prominent, donada la gran síntesi proteica que duu a terme aquesta cèl·lula (mateix motiu pel qual té molts ribosomes). La seva cromatina es troba majorment relaxada i transcripcionalment activa. En el citoplasma té basofília, en forma dels grumolls de Nissel, els quals són fonamentals en la detecció de neuropatologies, en les quals apareixen cromatonissels (lesió en que es dissolen o dispersen els grumolls; és una lesió molt típica de les neurones quan estan malament). Té un aparell de Golgi molt prominent (descrit particularment per Golgi, utilitzant la seva tècnica de tinció). Un altre tret característic és la forma del seu cos cel·lular, la qual està dirigida pel citoesquelet interior. És aquest el que, durant la diferenciació neuronal, determinarà la connectivitat de les neurones a través de la forma que van adoptant.
Transport axoplàsmic El citoesquelet està constituït per microtúbuls,   microfilaments   i   filaments   d’actina   (com totes les cèl·lules), però hi ha una part del citoesquelet que està constituït per unes proteïnes que són úniques i pròpies de les neurones: les proteïnes de neurofilament. Són una família de proteïnes  molt  complexa,  on  n’hi  ha   tot   un   grup   d’alt   pes   molecular,   un   de pes molecular intermedi i un de pes molecular lleuger.
De fet, aquestes proteïnes de neurofilament es corresponen als filaments intermedis (en qualsevol cèl·lula els filaments intermedis estan constituïts per unes proteïnes que són especifiques del tipus cel·lular; mentre que  la  tubulina  o  l’actina  són  comunes  en  qualsevol  cèl·∙lula  de  l’organisme). En quant a la tubulina, cal recordar que aquesta s’encaixa formant microtúbuls, i cada microtúbul té  un  extrem  en  el  qual  s’enganxa  la  subunitat  de  la  tubulina  i  l’altre  en  el  que  es  perd,   de manera que la tubulina es troba en equilibri constant entre la forma polimeritzada i la forma monomèrica. Qui regula aquest encaix o no encaix entre la forma lliure i la polimeritzada són les proteïnes MAPs (proteïnes associades als microtúbuls).
Respecte   les   neurones,   és   important   saber   que   a   nivell   de   l’axó,   la tubulina està sempre orientada de la mateixa manera (tots els túbuls orientats igual), regulat per les MAPs que té a l’axó;  en  canvi,  en   les dendrites això no passa: els microtúbuls   estan   orientats   d’una manera  en  l’extrem  negatiu  i  d’una  altra en el positiu.
Això és una de les coses que diferencien la  dendrita  de  l’axó  (donat per les MAPs pròpies  d’un  lloc  o  altre).
Això és important perquè els microtúbuls regulen el trànsit de materials entre el soma i   l’extrem   distal   de   l’axó   o   la   dendrita   (trànsit que està altíssimament regulat). La primera evidència de que hi havia aquest transport de material de manera altament regulada i específica va   ser   a   través   d’un   experiment   fet   a   la   medul·∙la   espinal. En la medul·la hi ha substància gris; en la banya anterior es situen les neurones motores que enviaran  el  seu  axó  fora  de  la  medul·∙la  on  formaran  els  ganglis  perifèrics  (i  des  d’allà   contactaran  i  establiran  les  sinapsis  neuromusculars).  A  banda  d’això  hi  ha  ganglis  en   els quals hi ha neurones sensorials, que són unes neurones que tenen una forma molt particular   i   s’anomenen   bipolars   o   pseudomonopolars,   ja   que   tenen   una   expansió   perifèrica i una expansió central: l’expansió  perifèrica  acabarà  per  exemple en la pell formant terminals sensorials. El senyal que va per aquestes neurones és aferent i el que surt és eferent.
En   l’experiment   és   va injectar a nivell del gangli raquidi un aminoàcid radioactiu (concretament leucina 30H), de manera que les proteïnes que van produir aquestes neurones eren radioactives. Després de l’aplicació,   a   diferents   temps   es van agafar fragments del nervi perifèric fins a arribar a nivell distal, i es va mesurar la radioactivitat als diferents segments.
Els resultats: a t0 el pic de reactivitat estava a nivell   del   gangli;   al   cap   d’unes hores (4h per exemple), es veia que el pic de reactivitat estava desplaçat; i a mesura que passaven les hores, el pic estava cada cop més desplaçat. Això volia dir que en el moment de la injecció, (i fins passades unes dues hores), la radioactivitat estava concentrada en el gangli però després s’anava   desplaçant al llarg del nervi de manera que es podia mesurar, demostrant així el transport axoplàsmic, alhora que permetia calcular la velocitat  d’aquest transport.
Examinant això, amb diferents marcadors i amb diferents proves, es va determinar que hi  havia  diversos  subcomponents  dins  d’aquest  transport  axoplàsmic: - Un component ràpid que avança a una velocitat aproximada de 200400mm/dia, i pel qual viatgen fonamentalment petits orgànuls, és a dir, proteïnes de membrana, petites estructures vesiculars i lípids viatgen doncs per transport axoplàsmic anterògrad a aquesta velocitat. També hi viatgen orgànuls sencers. A més, es va demostrar amb aquest experiment que si es posa un traçador a nivell del múscul o la pell, determinades proteïnes són incorporades per endocitosis als terminals nerviosos i transportades de manera retrògrada des  de  la  perifèria  al  soma  (a  una  velocitat  similar  a  la  de  l’anterògrad).
- El component lent: hi ha altres components del transport axoplàsmic que viatgen a una velocitat de pocs o una fracció de mil·límetres diaris (0,1 – 1 – 2mm/diaris), i pel qual hi viatgen sobretot proteïnes del citoesquelet (com els microfilaments o els neurofilaments), i algunes proteïnes que no estan lligades a orgànuls sinó que són solubles.
El transport axoplàsmic és un procés altament regulat, i una de les primeres coses que es van aprendre és que aquest transport, sobretot el ràpid, depèn de la integritat del citoesquelet microtubular i també de la producció energètica (necessita la integritat dels  mitocondris  i  la  producció  d’ATP).
Més tard, amb els anys, es va descobrir que hi havia unes proteïnes que regulaven aquest transport: les proteïnes motores. En són exemples la quineïna i la dineïna, de manera que els orgànuls i les vesícules interaccionen amb aquestes proteïnes motores (que reconeixen els extrems + i dels microtúbuls) i fan moure aquests orgànuls en una direcció determinada.
Aquesta és la base del transport anterògrad (quineïnes), i pel que fa al retrògrad, la proteïna motora que intervé és la dineïna (reconeix el microtúbul de manera inversa).
Així doncs, cadascuna d’aquestes   dues   proteïnes motores fa avançar en direccions oposades, constituint així la base tant del transport anterògrad com del retrògrad. També se sap que en moltes malalties neurodegeneratives, hi ha una afectació primària o   secundaria   d’aquestes   proteïnes (mutació en les distintes isoformes de les proteïnes motores o bé perquè hi ha una mutació   o   alteració   d’una   proteïna que secundàriament   altera   l’encaix   d’aquestes proteïnes).
Així doncs, hi ha transport axoplàsmic retrògrad i anterògrad (amb dependència de les proteïnes que interactuen entre el ...

Comprar Previsualizar