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Colegio Nueva Esperanza Departamento de Ciencias y Matemáticas

Profesor Carlos Delgadillo O.

B I O L O G Í A

SISTEMA NERVIOSO I

Nombre: ____________________________________ Guía N°1 unidad 1

Fecha: Marzo Curso: II Medio

Tiempo

Contenidos Estructura Neuronal Fisiología Neuronal

Objetivos y/o habilidades Analizar la estructura neuronal con sus respectivas funciones. Comprender la fisiología neuronal ene l sistema nervioso

FISIOLOGÍA NEURONAL Los sistemas nervioso y endocrino comparten la función de mantener la homeostasis. Su objetivo es el mismo, conservar las condiciones reguladas dentro de los límites compatibles con la vida. El sistema nervioso responde con prontitud a los estímulos mediante la transmisión de impulsos nerviosos para regular los procesos corporales, mientras que el endocrino tiene una respuesta más lenta, mediada por hormonas. Además de contribuir a la homeostasis, el sistema nervioso también es responsable de las percepciones, conductas y memorización, que dan inicio a todos los movimientos voluntarios. El sistema nervioso desempeña tres funciones básicas: sensorial, motora y de integración. 1. IRRITABILIDAD Es la capacidad de los organismos para responder a los estímulos del medio. Esta se manifiesta de diferentes formas en la escala evolutiva: Tropismos: Son movimientos que experimentan las plantas cuando necesitan adaptarse a condiciones ambientales más favorables. Los movimientos se producen por fenómenos decrecimiento vegetal, con aumento de la masa total de la planta, por lo que, a diferencia de los movimientos que se producen en el reino animal, no pueden deshacerse y son totalmente involuntarios. Se denomina positivo si crece hacia el estímulo y negativo si lo hace en sentido contrario. Los animales también han desarrollado conductas que les permiten adaptarse al medio ambiente. Estas son los tactismos, los reflejos y los instintos. Tactismos: Son un tipo de comportamiento realizado fundamentalmente por animales inferiores, en especial invertebrados. Son innatos, fijos e inevitables. Este movimiento puede implicar acercamiento o alejamiento al estímulo. A diferencia de los tropismos, los tactismos son movimientos rápidos, amplios y que implican traslación del organismo. Reflejo simple: es un mecanismo de respuesta innata e involuntaria frente a un estímulo determinado; por ejemplo, el reflejo rotuliano. Instintos: son reacciones innatas más complejas y elaboradas, en las cuales intervienen varios reflejos. El instinto es específico de los individuos de una misma especie; por ejemplo, las abejas poseen una organización social debido a su instinto. En el ser humano existen el instinto maternal o paternal, el de mamar, el de sobrevivir, etc. Reflejo condicionado: es una relación que se establece entre un estímulo y un refuerzo que implica aprendizaje y participación de la corteza cerebral. El flujo de información en el sistema nervioso sigue un patrón básico:

Estímulo receptor vía aferente centro integrador vía eferente efector respuesta

2. CÉLULAS DEL SISTEMA NERVIOSO El sistema nervioso está compuesto principalmente de dos tipos celulares: células de soporte, conocidas como células gliales (o glías o neuroglías) y células nerviosas, o neuronas, que es la unidad morfofuncional del sistema nervioso. Células gliales. Acompañando a las neuronas en el sistema nervioso central están las células gliales, que son aún más abundantes que las neuronas. Se les atribuyen funciones de mantención de la estructura; reservorios funcionales, barreras especializadas y defensa inmunológica. Algunos autores también las han involucrado en las llamadas funciones superiores (memoria).



Figura 1 Clasificación y función de las células gliales. Neurona. A la neurona se le puede definir como la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. En la neurona se pueden distinguir: Soma, cuerpo neuronal o pericarion: contiene el núcleo y la mayor parte de la maquinaria metabólica celular. En el soma no se visualizan las estructuras involucradas en la división celular, ya que este tejido excitable se encuentra en reposo proliferativo. Una estructura destacada en el soma son los corpúsculos de Nissl (retículoendoplásmico rugoso), que tienen una importante actividad sintética. Dendritas, son generalmente múltiples y se consideran proyecciones del soma que incrementan la superficie de recepción sináptica, y que llevan los impulsos nerviosos hacia el soma neuronal (conducción centrípeta). Axón, en general sólo uno, más grueso que las dendritas, muchas veces rodeado por una vaina de mielina. Su función principal es conducir impulsos desde el soma hacia el terminal sináptico (conducción centrífuga). La porción que une el soma neuronal con el axón se denomina cono axonal. La zona del terminal axonal se denomina en general telodendrón (o arborización terminal). La regeneración neuronal solo se ha demostrado en las células del sistema nervioso periférico. Esto es posible si compromete porciones distales al tercio del cono axónico (más alejado del soma neuronal). El axón con sus envolturas asociadas se conoce como fibra nerviosa.



Figura 2. Morfología de una neurona. Las neuronas pueden ser clasificadas estructural y funcionalmente. Estructuralmente, las neuronas se clasifican según el número de procesos originados desde el cuerpo celular. Las hay pseudounipolar, bipolar y multipolar.

Función del axón. El axón o cilindroeje conduce los potenciales de acción desde el soma celular hasta el terminal sináptico, donde la mayoría de las veces el paso de la información se produce por neurotransmisión química (neurotransmisores). Aparte de la transmisión de impulsos, hay un activo transporte de sustancias por el axón tanto del soma celular hacia la zona terminal (flujo anterógrado) como desde la zona terminal hacia el soma (flujo retrógrado). En el primer caso son transportados los componentes vesiculares, mitocondrias, enzimas, metabolitos, precursores, etc. Hacia el soma se transportan las sustancias a reciclarse en el aparato de Golgi e incluso pueden ser transportados ciertos agentes nocivos como el virus de la rabia y de la poliomielitis.



Si hay una injuria (daño) al axón, se produce la degeneración de toda la parte distal (es decir aquella parte que no quedó en contacto con el soma neuronal) y muerte del resto distal del axón. La regeneración se produce con cambios a nivel del soma celular y la vaina de mielina remanente, así como la lámina basal guía el crecimiento axonal hasta reinervar la estructura efectora. Es posible que el axón en regeneración sea también guiado por sustancias químicas producidas por la estructura inervada (factores tróficos). 3. CONDUCCIÓN ELECTROQUÍMICA EN LAS NEURONAS Bases iónicas del potencial de membrana en reposo. Concentraciones iónicas y equilibrio de potenciales.

Casi todas las células del organismo presentan diferencia de potencial a través de su membrana plasmática, siendo el exterior positivo respecto al interior: Membrana Polarizada. Por comodidad este potencial de membrana en reposo o Potencial de Reposo se expresa con signo negativo tomando como referencia el medio intracelular. Dependiendo del tipo celular este potencial puede ir desde -7 mV hasta -100 mV (en la neurona el potencial transmembranoso es aproximadamente de -60 mV).

¿De que modo los movimientos iónicos producen señales eléctricas? Los potenciales eléctricos son generados a través de las membranas de las neuronas y en realidad, de todas las células porque: 1) existen diferencias en las concentraciones de iones específicos a través de las membranas de las células nerviosas y 2) las membranas son selectivamente permeables a algunos de estos iones.



Estos dos hechos dependen, a su vez, de dos tipos diferentes de proteínas en la membrana celular. Los gradientes de concentración de los iones son establecidos por proteínas conocidas como bombas iónicas, las cuales, como su nombre lo sugiere, mueven activamente los iones hacia el interior o el exterior de las células en contra de sus gradientes de concentración. La permeabilidad selectiva de las membranas se debe en gran parte a los canales iónicos, proteínas que permiten sólo que ciertos tipos de iones atraviesen la membrana en la dirección de sus gradientes de concentración. Por lo tanto, los canales y las bombas funcionan básicamente en contra unos de otros, y al hacerlo generan electricidad celular. Bases iónicas del potencial de acción Si se aplica un estímulo de cierta magnitud en la membrana de una célula excitable, se produce un ligero incremento en la permeabilidad de los iones sodio en esa región disminuyendo levemente la diferencia de potencial de acuerdo a la intensidad del estímulo. Un estímulo umbral es aquel que posee la intensidad suficiente para producir una disminución en el voltaje igual a 7 mV, aproximándose a los -55 mV que se denomina nivel de descarga, voltaje en el cual se abren los canales de sodio permitiendo la entrada masiva del ión (canal tipo compuerta de voltaje), de manera que el voltaje del medio intracelular se va acercando a cero o sea se provoca una despolarización. La masiva entrada del Na+hace que el lado interno de la membrana plasmática quede positiva alcanzando +35 mV: potencial de espiga. En ese instante los canales de sodio se cierran rápidamente (terminando la entrada masiva de sodio) y se abren totalmente los canales de potasio ( que ya se habían comenzado a abrir lentamente) determinando la salida de este ión, lo que vuelve a hacer negativo el lado intracelular de la membrana: repolarización, luego de una ligera hiperpolarización (debido a la salida de potasio en ausencia de la entrada de sodio) se alcanza nuevamente el potencial de reposo. Regionalmente, después de un potencial de acción, la posición relativa de los iones sodio y potasio está invertida, la acción de la bomba sodio-potasio restituye las posiciones originales. Mientras se conduce un potencial de acción obviamente no puede conducirse otro, y un estímulo en este período no origina un nuevo potencial de acción (período refractario absoluto). Aunque la mayoría de las células tienen potencial de reposo, sólo dos de ellas, la neurona y la célula muscular, pueden experimentar fácilmente impulsos electroquímicos, también llamados potenciales propagados o potenciales de acción, constituyendo los tejidos excitables. Esto se debe a que estos tipos celulares (además de la citada bomba) poseen en su membrana canales iónicos (proteínas integrales de membrana específicas), unos para el sodio y otros para el potasio. La apertura de estos canales, como respuesta al estímulo, permite el libre tránsito de los iones de acuerdo a sus gradientes. Durante la propagación el impulso nervioso no pierde intensidad desarrollando siempre el mismo potencial de acción. En vivo los potenciales de acción se propagan unidireccionalmente en el axón (desde el soma hacia el telodendrón), sin embargo, si experimentalmente se aplica el estímulo sobre algún punto del axón, este se propaga en ambas direcciones. Es importante observar que si el estímulo inicial, no hubiese tenido la magnitud suficiente para producir una disminución en el potencial de membrana cercana a 7 mV, los canales de sodio no se hubiesen abierto completamente y el trabajo de la bomba sodio-potasio restablecería el potencial inicial, en esta situación se estaría frente a un estímulo subumbral. Por otra parte, si el estímulo inicial hubiese sido de un registro superior al necesario, Estímulo Supraumbral, la magnitud de descarga habría sido la misma que con un estímulo umbral, esto se denomina Ley del Todo o Nada.

Figura 6. Los cambios de potencial de membrana en un área local de una neurona se deben a variaciones en la permeabilidad de la misma. 1. Potencial de reposo. 2. Estímulo despolarizante. 3. La membrana se despolariza al llegar al umbral. Se abren los canales de Na+ voltaje-dependientes y el Na+ ingresa. Los canales de potasio comienzan a abrirse lentamente. 4. La rápida entrada de Na+ despolariza la célula. 5. Se cierran canales de Na+ y se abren lentamente los de K+. 6. El K+ sale hacia el fluido extracelular. 7. Los últimos canales de K++ se abren y el ion sale, provocando la hiperpolarización. 8. Cierre de los canales de K+ voltaje dependientes y algunos iones de K+ ingresan a la célula a través de canales. Acción de la bomba Na+ /K+. 9. La célula retorna a su estado de reposo, recuperando su potencial de reposo. La velocidad de conducción de una fibra nerviosa depende principalmente de dos aspectos: 1. Desarrollo de una vaina de mielina: que deja sólo algunas zonas del axolema (Membrana citoplasmática de la neurona) descubiertas. En este caso la zona a repolarizar es muy pequeña, y se gana en velocidad de conducción utilizando la llamada “conducción saltatoria”. En la fibra mielínica los canales para iones sensibles a potencial se ubican en la zona amielinizada, nodos de Ranvier. La despolarización de un nodo provoca una “corriente en remolino” que despolariza al nodo contiguo. Así, el potencial de acción cursa por la fibra a una gran velocidad. Una ventaja adicional de la conducción saltatoria es la menor entrada y salida neta



de iones sodio y potasio respectivamente, ahorrando energía en la restitución de los iones a sus compartimientos y consiguiendo además períodos refractarios más cortos. 2. Diámetro: Un modo de aumentar la velocidad de conducción es mediante el aumento del diámetro en los axones amielínicos, ya que incrementa la superficie de intercambio iónico.

Figura 7. Potenciales de acción saltatorios 4. COMUNICACIÓN ENTRE CÉLULAS NERVIOSAS Transmisión sináptica. Se la puede definir como, un área de contacto funcional entre dos células excitables especializada en la transmisión del impulso nervioso. Estos son los sitios donde el axón o alguna otra porción de alguna célula (la célula presináptica), terminan en el soma, en las dendritas o en alguna otra porción de otra célula (la célula postsináptica). De acuerdo al tipo de transmisión que se realiza se les puede clasificar en: a) Sinapsis Eléctrica: en que las membranas de las células pre y postsináptica se encuentran en aposición formando una unión con fisura (gap junction), las que se caracterizan por formar puentes de baja resistencia eléctrica a través de los cuales pasan los iones con relativa facilidad, realizándose de este modo la transmisión del impulso nervioso. En este tipo de sinapsis se establece una relación de continuidad, entre las células y son escasas en los mamíferos, por ejemplo, contactos entre las células musculares cardíacas.



b) Sinapsis Químicas: son aquellas en las cuales la transmisión del impulso nervioso se lleva a cabo a través de la liberación, en la terminación nerviosa, de una sustancia química, conocida como neurotransmisor, que excita químicamente a la célula postsináptica. En este tipo de sinapsis se establece una relación de contigüidad y son las que se encuentran en mayor abundancia en los mamíferos. Aunque morfológica y funcionalmente existen distintos tipos de sinapsis químicas, se ha demostrado la presencia de ciertos elementos constantes en su organización y que están representados en el siguiente esquema. En primer lugar, están las dos membranas contactantes, la presináptica, que conduce el impulso nervioso o potencial de acción y que corresponde a la porción terminal de un axón y la postsináptica, receptora del agente liberado y que por lo general corresponde al soma o a ramificaciones dendríticas. Es importante destacar que las terminaciones de las fibras presinápticas o terminales presinápticos generalmente están dilatadas formando los botones terminales o sinápticos. El terminal presináptico contiene mitocondrias cuya presencia es indicativa de la alta actividad metabólica de la sinapsis; existen en el terminal numerosas vesículas sinápticas, éstas contienen al neurotransmisor (NT), ciertas proteínas, ATP y en algunos casos las enzimas encargadas de sintetizar al mediador químico. Respecto de la membrana postsináptica su característica más destacada es la presencia de receptores moleculares (proteínas de membranas) que son capaces de modificar la permeabilidad de la membrana al unirse al NT.

Figura 9. Organización de la sinapsis química.

También puede existir sinapsis entre una neurona y una célula muscular, denominada unión neuromuscular.Se denomina Placa Motora al área modificada sobre la membrana de una célula muscular donde se forma una sinapsis con la neurona motora. El NT utilizado en este tipo de sinapsis es la acetilcolina.



Figura 10. La unión neuromuscular es una sinapsis química.

Transmisión del impulso nervioso. A pesar de la existencia de diferentes tipos de sinapsis la transmisión del impulso nervioso en todas ellas se realiza básicamente cumpliendo las siguientes etapas.

Figura 11. Secuencia de eventos involucrados en la transmisión en la placa motora, una sinapsis química típica. El efecto generado en la membrana postsináptica no depende del neurotransmisor. Este efecto puede ser excitatorio (PPSE), cuando produce una despolarización en la membrana plasmática del efector o neurona postsináptica o, inhibitorio (PPSI), cuando la membrana se hiperpolariza.



Figura 12. Modelos de acción de neurotransmisores.

Tabla 1. Principales Neurotransmisores.

GUÍA DE TRABAJO SISTEMA NERVIOSOS I ACTIVIDAD 1

1. Dibuje los tipos de neuronas que existen, indicando su nombre, según la estructura que estas poseen.



A. Neurona Motora.

B.

C.

D.

2. ¿Qué función poseen las neuronas en nuestro organismo?

ACTIVIDAD 2 Indique el tipo de neurona según la característica que se presenta.

CLASIFICACIÓN DE NEURONAS (según Función)

Tipo de Neurona Característica

Sensitiva

Esta célula lleva información hacia un centro elaborador de respuesta, la cual proviene desde un receptor especializado.

La neurona se encarga de procesar información y conecta las neuronas aferente y eferente.

Este tipo de neurona conduce impulsos nerviosos hacia un efector, el cual puede ser un músculo o una glándula. La información la recibe de un centro integrador.

I. Las células gliales

Son 10-50 veces más numerosas que las neuronas y las rodean. De forma similar a las neuronas, presentan ramificaciones, a veces muy escasas, y cortas que se unen a un cuerpo pequeño. Aunque no se las considera esenciales para el procesamiento y conducción de la información se les atribuye funciones muy importantes para el trabajo neuronal. ACTIVIDAD: Identifique el tipo de célula glial (neuroglia) que representa el dibujo y anote la función de esta.

Neuroglia Nombre Función

Astrocito Se unen a las células nerviosas, actúan como sostén.



ACTIVIDAD 3: Responda las siguientes preguntas en relación a lo expuesto en el documento.

1.- Defina el concepto de Sinapsis 2.- Señale que es una neurona presináptica y postsináptica 3.- Explique que significa la unidireccionalidad en la conducción del impulso nervioso en la sinapsis. 4.- Confeccione un cuadro señalando las diferencias entre una sinapsis química y una eléctrica. 5.- Indique en que consiste una sinapsis: a) axodendrítica b) axosomática c) axoaxónica 6.- Defina: a) potencial postsináptico excitador e inhibidor b) neurotransmisor c) hendidura sináptica d) potencial graduado 7.- En que condiciones un neurotransmisor es capaz de inhibir o excitar una neurona postsináptica. 8.- Señale la diferencia entre una sumación espacial y una temporal. 9.- Señale las estructuras involucradas en las sinapsis indicadas con los números:

1 __________________________________ 2 __________________________________ 3 ___________________________________ 4 ____________________________________ 5 ____________________________________ 6 ____________________________________ 7 ____________________________________ 10.- La siguiente figura representa una sinapsis química, a que corresponden:

- la letra A: - la letra B: - el n° 1: - el n° 2 : - el n° 3 : 11.- Indique la secuencia de los acontecimientos que ocurren en una sinapsis química 12.- Un neurotransmisor no puede permanecer por un tiempo prolongado en la hendidura sináptica, al respecto explique de que maneras puede este ser retirado de la hendidura.



13.- Investigue por qué un mismo neurotransmisor puede tener efectos distintos en células de diferente origen. Señale un ejemplo.

ACTIVIDAD 4: Observa el esquema de una neurona tipo y reconoce sus partes, ubicando el número correspondiente de la estructura sobre l línea punteada del nombre del concepto correspondiente. ------ Dendritas ------ Botones terminales

------ Cuerpo celular

------ Aparato de Golgi

------ Mitocondria

------ Axón mielínico

------ Célula de Schwan

------ Nódulo de Ranvier

------ Colateral del axón

------ Núcleo

------ Telodendron o axón

------ Cono axónico

------ Cuerpos de Nissl

ACTIVIDAD 5 Íntimamente analizado, el sistema nervioso está formado por unidades microscópicas que no tienen un contacto físico. Entre una neurona y la célula siguiente hay una separación, un espacio. El desafío de esta clase es, construir una explicación respecto a una contradictoria evidencia: “en el punto donde las neuronas se juntan, hay un espacio”. Esta historia comienza hace más de 100 años, para ser más precisos durante el primer año del siglo XXI cumple 104 años. En 1897 se publicó la tercera parte de un texto de fisiología llamado “El Sistema Nervioso Central”. Su autor, Michael Foster, usa por primera vez la palabra SINAPSIS. Probablemente fue su ayudante, Charles S. Sherrington quien acuñó el término sinapsis. La palabra "sinapsis" viene de griego: "syn" que significa "juntos" y "haptein" que significa "para abrochar." ¿Se juntan cuando las abrochamos? ¿Cómo se “abrochan” dos neuronas?

Para el logro de esta indagación es importante poner en juego otra vez, varias habilidades; entre ellas cabe mencionar:

Elaborar y sintetizar conceptos

Razonar, inferir y hacer conjeturas.



Interpretar gráficos, fotografías, dibujos y esquemas funcionales Primer desafío, La idea es redactar un párrafo para explicar la situación. En ella se intentó representar una “sinapsis” ¿Cuáles son los cuatro participantes? Los nombres se anotan en los recuadros finales. Utilizando el siguiente texto se puede identificar, tanto el proceso como los componentes que intervienen. “Cuando un impulso nervioso llega al área sináptica, las vesículas liberan el neurotransmisor. Este cruza el espacio y llega a la membrana de la neurona post sináptica que se despolariza. Entonces desde la neurona post sináptica se liberan enzimas, que al inactivar el excedente de neurotransmisor, dejan el espacio sináptico en condiciones para recibir un nuevo envío”.

La situación del dibujo anterior representa: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Segundo desafío: Análisis de documentos científicos. La siguiente imagen fue obtenida a través de un Microscopio Electrónico de Transmisión (M.E.T.). Corresponde a una sección de la unión entre una neurona y una célula muscular, por tanto, es una sinápsis neuromuscular. Complementariamente, se aporta una representación esquemática de ese tipo de sinápsis. Utilizando ambos documentos, se deben proponer explicaciones preliminares del proceso en estudio. Es importante confrontar las ideas propias, con al menos otras dos personas. Relacionando la información recibida y usando los conceptos estudiado respecto a la membrana celular, rotula las secciones de la microfotografía

Tercer desafío: ¿Cuál es la secuencia correcta? Los conceptos del listado están al azar, leyéndolos atentamente se puede inferir el orden numérico que corresponde, según el esquema. Asigna el número que corresponda a cada frase del listado. Restablece la secuencia lógica y escríbela en tu cuaderno.

La sección A corresponde a:

__________________________________

__________________________________

La sección B es:

__________________________________

__________________________________

La sección C corresponde a:

__________________________________

__________________________________



LISTADO DE CONCEPTOS

Entrada masiva de calcio a través de la membrana presináptica.

El neurotransmisor se fija a los canales de Na + de la membrana

postsináptica, lo que provoca su apertura.

Llegada del potencial de acción a nivel sináptico.

Liberación del neurotransmisor (por exocitosis) hacia el espacio

sináptico, desde las vesículas de almacenamiento.

Nacimiento de un potencial de acción muscular postsináptico que se

propaga a lo largo de la membrana de la fibra muscular.

Recaptura hacia al área presináptica, del residuo (colina) logrado de

la hidrólisis enzimática del neurotransmisor.

Entrada masiva de Na+ lo que desencadena la despolarización de la

membrana postsináptica.

Hidrólisis de la acetilcolina por la enzima colinesterasa, cierre de

los canales quimiodependientes del Na+.

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